¿Quién fue Niels Bohr?
Niels Bohr (1885-1962) fue un físico danés que obtuvo el premio Nobel de Física en 1922, por sus investigaciones relacionadas con la estructura de los átomos y sus niveles de radiación. Criado y educado en tierras europeas, en las más prestigiosas universidades inglesas, Bohr también fue un renombrado investigador y curioso de la filosofía.
Trabajó junto a otros renombrados científicos y premios Nobel, como J.J. Thompson y Ernest Rutherford, este último con quien entabló una larga relación amistosa y laboral.
El interés de Bohr por la estructura atómica lo llevó a desplazarse entre universidades hasta encontrar una que le brindara el espacio para desarrollar sus investigaciones bajo sus propios términos.
Niels Bohr partió de los descubrimientos realizados por Rutherford para continuar desarrollándolos hasta poder imprimirles su propia impronta.
Bohr llegó a tener una familia de más de seis hijos, fue tutor de otras eminencias científicas como Werner Heisenberg y presidente de la Real Academia Danesa de las Ciencias, además de miembro de otras academias científicas alrededor del mundo.
Trabajó en el Proyecto Manhattan en Los Álamos, EE.UU., el proyecto de investigación para la creación de la bomba atómica, por lo que es considerado uno de los padres de la bomba nuclear.
Biografía de Niels Bohr
Niels Bohr nació el 7 de octubre de 1885 en Copenhague, la capital de Dinamarca. El padre de Niels se llamó Christian y era profesor de fisiología en la universidad de Copenhague.
Por su parte, la madre de Niels fue Ellen Adler, que provenía de una familia rica, pues tenía influencia en el ámbito bancario danés. La situación familiar de Niels le permitió tener acceso a una educación considerada privilegiada en la época.
Estudios
Niels Bohr se interesó por la física, y la estudió en la Universidad de Copenhague, de la cual obtuvo una maestría en física en 1911. Posteriormente viajó a Inglaterra, en donde cursó estudios en el Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge.
La principal motivación de cursar estudios allí fue recibir el tutelaje de Joseph John Thomson, químico de origen inglés que recibió el premio Nobel en 1906 por el descubrimiento del electrón, específicamente por los estudios que hizo sobre cómo se desplaza la electricidad a través de los gases.
La intención de Bohr era traducir al inglés su tesis doctoral, que justamente estaba vinculada con el estudio de los electrones. Sin embargo, Thomson no mostró un gran interés en Bohr, razón por la cual este último decidió irse y poner rumbo hacia la Universidad de Manchester.
Relación con Ernest Rutherford
Estando en la Universidad de Manchester, Niels Bohr tuvo la oportunidad de compartir con el físico y químico británico Ernest Rutherford. Él también había sido ayudante de Thomson y posteriormente ganó el premio Nobel.
Bohr aprendió mucho de la mano de Rutherford, especialmente en el ámbito de la radiactividad y de los modelos del átomo.
Con el paso del tiempo, la colaboración entre ambos científicos fue cada vez mayor y creció un lazo amistoso. Uno de los eventos en el que ambos científicos interactuaron en el ámbito experimental fue el relacionado con el modelo del átomo propuesto por Rutherford.
Este modelo era verídico en el ámbito conceptual, pero no era posible concebirlo al enmarcarlo en las leyes de la física clásica. Ante esto, Bohr se atrevió a decir que la razón de ello era que la dinámica propia de los átomos no estaba supeditada a las leyes de la física clásica.
Instituto Nórdico de Física Teórica
Niels Bohr era considerado un hombre tímido e introvertido, aun así una serie de ensayos que publicó en 1913 le hicieron merecedor de un amplio reconocimiento en el ámbito científico, lo que lo convirtió en una figura pública reconocida. Estos ensayos se relacionaban con su concepción de la estructura del átomo.
En 1916 Bohr viajó a Copenhague y allí, en su ciudad natal, comenzó a dar clases de física teórica en la Universidad de Copenhague, donde se formó.
Estando en esa posición y gracias a la fama que había adquirido anteriormente, Bohr consiguió el dinero suficiente y necesario para crear en 1920 el Instituto Nórdico de Física Teórica.
El físico danés dirigió este instituto desde 1921 hasta 1962, año en el que falleció. Más tarde, dicho instituto cambió su nombre y se llamó Instituto Niels Bohr, en honor a su fundador.
Muy pronto, este instituto se convirtió en referencia en cuanto a los descubrimientos más importantes que se estaban realizando en la época relacionados con el átomo y su conformación.
En poco tiempo, el Instituto Nórdico de Física Teórica estuvo a la par de otras universidades con mayor tradición en el área, como las universidades alemanas de Göttingen y Munich.
Escuela de Copenhague
La década de 1920 fue muy importante para Niels Bohr, dado que durante esos años emitió dos de los principios fundamentales de sus teorías: el principio de la correspondencia, propuesto en 1923, y el principio de la complementariedad, añadido en 1928.
Los principios antes mencionados resultaron la base sobre la cual comenzó a formarse la Escuela de Copenhague de la mecánica cuántica, también llamada Interpretación de Copenhague.
Esta escuela encontró adversos en grandes científicos como el mismo Albert Einstein, quien luego de la oposición ante diversos planteamientos, terminó reconociendo a Niels Bohr como uno de los mejores investigadores científicos de la época.
Por otro lado, en 1922 recibió el premio Nobel de Física por sus experimentos relacionados con la restructura atómica, y ese mismo año nació su único hijo, Aage Niels Bohr, quien eventualmente se formó en el instituto que presidía Niels. Más tarde se convirtió en su director y, además, en 1975 recibió el premio Nobel de Física.
Durante los años 30 Bohr se asentó en Estados Unidos y se enfocó en dar a conocer el ámbito de la fisión nuclear. En este contexto fue cuando Bohr determinó la característica fisionable que tenía el plutonio.
Al final de esa década, en 1939, Bohr regresó a Copenhague y recibió el nombramiento de presidente de la Real Academia Danesa de las Ciencias.
Segunda Guerra Mundial
En 1940 Niels Bohr se encontraba en Copenhague y, como consecuencia de la Segunda Guerra Mundial, tres años después se vio forzado a huir a Suecia junto con su familia, debido a que Bohr tenía orígenes judíos.
De Suecia, Bohr viajó a Estados Unidos. Allí se instaló y se unió al equipo de colaboración del Proyecto Manhattan, que produjo la primera bomba atómica. Este proyecto se llevó a cabo en un laboratorio cuya ubicación era en Los Álamos, Nuevo México, y durante su participación en dicho proyecto Bohr cambió su nombre a Nicholas Baker.
Regreso a casa y fallecimiento
Al término de la Segunda Guerra Mundial, Bohr volvió a Copenhague, en donde se situó de nuevo como director del Instituto Nórdico de Física Teórica y abogó siempre por la aplicación de la energía atómica con objetivos útiles, buscando la eficiencia en distintos procesos.
Esta inclinación se debe a que Bohr estaba consciente del gran daño que podía ocasionar aquello que descubrió, y al mismo tiempo sabía que había una utilidad más constructiva para este tipo de energía tan poderosa. Entonces, desde la década de los 50 Niels Bohr se dedicó a dar conferencias enfocadas en el uso pacífico de la energía atómica.
Como mencionamos anteriormente, a Bohr no se le escapaba la magnitud de la energía atómica, por lo que además de abogar por su buen uso, también estipuló que eran los gobiernos quienes debían garantizar que esta energía no fuera utilizada de forma destructiva.
Esta noción la presentó en 1951, en un manifiesto que firmaron más de cien investigadores y científicos de renombre en la época.
Como consecuencia de esta acción, y de su trabajo previo en pro del uso pacífico de la energía atómica, en 1957 la Fundación Ford le otorgó el premio Átomos para la Paz, entregado a personalidades que buscaban promover el uso positivo de este tipo de energía.
Niels Bohr murió el 18 de noviembre de 1962, en Copenhague, a los 77 años de edad.
Aportes y descubrimientos de Niels Bohr
Modelo y estructura del átomo
El modelo atómico de Niels Bohr es considerado uno de sus mayores aportes al mundo de la física y las ciencias en general. Fue el primero en exhibir el átomo como un núcleo cargado positivamente y rodeado de electrones orbitando.
Bohr logró descubrir el mecanismo de funcionamiento interno de un átomo: los electrones son capaces de orbitar de manera independiente alrededor del núcleo. El número de electrones presentes en la órbita externa del núcleo determina las propiedades del elemento físico.
Para la obtención de este modelo atómico, Bohr aplicó la teoría cuántica de Max Planck al modelo atómico desarrollado por Rutherford, obteniendo como resultado el modelo que le valió el premio Nobel. Bohr presentó la estructura atómica como un pequeño sistema solar.
Conceptos cuánticos a nivel atómico
Lo que llevó al modelo atómico de Bohr a ser considerado revolucionario, fue el método que este utilizó para lograr obtenerlo: la aplicación de teorías de física cuántica y su interrelación con los fenómenos atómicos.
Con estas aplicaciones, Bohr fue capaz de determinar los movimientos de los electrones alrededor del núcleo atómico, así como los cambios en sus propiedades.
De igual forma, a través de estos conceptos, pudo acercarse a la noción de cómo la materia es capaz de absorber y emitir luz desde sus estructuras internas más imperceptibles.
Descubrimiento del teorema Bohr-van Leeuwen
El teorema Bohr-van Leeuwen es un teorema aplicado al área de la mecánica. Trabajado primero por Bohr en 1911 y luego complementado por la física holandesa Hendrika Johanna van Leeuwen (1887-1974), la aplicación de este teorema logró diferenciar los alcances de la física clásica frente a la física cuántica.
El teorema establece que la magnetización resultante de la aplicación de la mecánica clásica y la mecánica estadística será siempre cero. Bohr y van Leeuwen lograron vislumbrar ciertos conceptos que solo podían ser desarrollados a través de la física cuántica.
Hoy el teorema de ambos científicos es aplicado exitosamente en áreas como la física de plasmas, electromecánica e ingeniería eléctrica.
Principio de complementariedad
Dentro de la mecánica cuántica, el principio de complementariedad formulado por Bohr, el cual representa un abordaje teórico y resultante al mismo tiempo, sostiene que los objetos sometidos a procesos cuánticos poseen atribuciones complementarias que no pueden ser observadas o medidas de manera simultánea.
Este principio de complementariedad nace a partir de otro postulado desarrollado por Bohr: la interpretación de Copenhague, fundamental para la investigación de la mecánica cuántica.
Interpretación de Copenhague
Con la ayuda de los científicos Max Born y Werner Heisenberg, Niels Bohr desarrolló esta interpretación de la mecánica cuántica, que permitía dilucidar algunos de los elementos que hacen posible los procesos mecánicos, al igual que sus diferencias. Formulada en 1927, es considerada una interpretación tradicional.
Según la interpretación de Copenhague, los sistemas físicos no poseen propiedades definidas antes de someterse a mediciones, y la mecánica cuántica solo es capaz de predecir las probabilidades mediante las cuales las mediciones hechas arrojarán ciertos resultados.
Estructura de la tabla periódica
A partir de su interpretación del modelo atómico, Bohr fue capaz de estructurar de forma más detallada la tabla periódica de elementos existente para aquel entonces.
Pudo afirmar que las propiedades químicas y la capacidad de enlace de un elemento están estrechamente relacionadas con su carga de valencias.
Los trabajos de Bohr aplicados a la tabla periódica dieron pie al desarrollo de un nuevo campo de la química: la química cuántica.
De igual forma, el elemento conocido como Boro (Bohrium, Bh), recibe su nombre en homenaje de Niels Bohr.
Reacciones nucleares
Mediante un modelo propuesto, Bohr fue capaz de proponer y establecer los mecanismos de las reacciones nucleares a partir de un proceso en dos etapas.
Mediante el bombardeo de partículas de baja energía, se forma un nuevo núcleo de baja estabilidad que eventualmente emitirá rayos gamma, mientras decae su integridad.
Este descubrimiento de Bohr fue considerado clave en el área científica por mucho tiempo, hasta que fue trabajado y mejorado, años después, por su hijo Aage Bohr.
Explicación de la fisión nuclear
La fisión nuclear es un proceso de reacción nuclear mediante el cual el núcleo atómico comienza a dividirse en partes más pequeñas.
Este proceso es capaz de producir grandes cantidades de protones y fotones, liberando energía al mismo tiempo y de forma constante.
Niels Bohr desarrolló un modelo que permitía explicar el proceso de fisión nuclear de algunos elementos. Este modelo consistía en la observación de una gota de líquido que representaría la estructura del núcleo.
De la misma forma en que la estructura integral de una gota puede separarse en dos partes similares, Bohr logró demostrar que lo mismo puede ocurrir con un núcleo atómico, siendo capaz de generar nuevos procesos de formación o deterioro a nivel atómico.
Referencias
- Bohr, N. (1955). El hombre y la ciencia física. Theoria: An International Journal for Theory, History and Foundations of Science, 3-8.
- Lozada, R. S. (2008). Niels Bohr. Acta Universitaria, 36-39.
- Nobel Media AB. (2014). Niels Bohr – Facts. Obtenido de Nobelprize.org: nobelprize.org
- Savoie, B. (2014). A rigorous proof of the Bohr-van Leeuwen theorem in the semiclassical limit. RMP, 50.
- The Editors of Encyclopædia Britannica. (17 de November de 2016). Compound-nucleus model. Obtenido de Encyclopedia Britannica: britannica.com.