Niels Henrik David Bohr (1885-1962)
 

BOHR, Niels Henrik David (Koppenhága, 1885. október 7. - Uo. 1962. november 18.) dán fizikus. A fizikai Nobel-díjat 1922-ben kapta "az atomok szerkezetének és az azokból eredő sugárzásoknak vizsgálatáért".

Édesapja 1886-tól a koppenhágai egyetem fiziológiai tanszékének professzora volt. Házában Dánia kulturális életének legjelesebb képviselői vendégeskedtek. Így Bohr és öccse, H. Bohr, a későbbi tekintélyes matematikus olyan társadalmi és tudományos környezetben nevelkedett, mely minden ösztönzést és segítséget megadott képességeik kibontakozásához.

Bohr mindig jól tanult, és a koppenhágai egyetemen fizikaprofesszora már akkor tanársegédjeként foglalkoztatta, amikor még csak másodéves hallgató volt. 1907-ben a koppenhágai tudományos akadémia aranyéremmel jutalmazta a diák egyik dolgozatát. 1910-ben a fémek elektronelméletéről szóló munkájával megszerezte a filozófiai doktori címet. Értekezésében kibővítette a J. J. THOMSON és H. A. LORENTZ által kidolgozott kutatási módszereket.

Eközben találkozott először M. PLANCK kvantumhipotézisével. A doktorátus után néhány hónapot Cambridge-ben, a J. J. THOMSON vezette Cavendish laboratóriumban töltött, majd Manchesterbe utazott E. RUTHERFORD-hoz. Többszöri megszakítással csaknem négy esztendeig tanulmányozta E. RUTHERFORD-nál az alfa- és béta-sugarak szóródását, és részleteiben megismerkedett E. RUTHERFORD atommodelljével.
Az 1913-as év elején Bohr Koppenhágában új elgondolást fejtett ki a hidrogénatom szerkezetéről. Elképzelése a Rutherford-féle atommodell kvantumfeltételekkel módosított változata volt. Rutherford közbenjárására a munka már 1913 áprilisában megjelent a Philosophical Magazinban, Az atomok és molekulák szerkezetéről címen. E dolgozat megjelenése a modern atomelmélet megszületését jelentette.

Bár E. RUTHERFORD egyetértően fogadta a Bohr-féle atommodellt, több neves atomfizikus határozottan elutasította azt. Az elmélet első diadalát Bohrnak a hidrogénszínképről adott értelmezése hozta meg, és végül A. Sommerfeld mélyenszántó munkássága, valamint J. FRANCK és G. HERTZ kísérleti tapasztalata tört utat Bohr gondolatainak. Bohr modellje lehetővé tette a több elektront tartalmazó atomok és a többatomos molekulák vonalas színképének kiszámítását is. Ugyanakkor egészen új megvilágításba helyezte a mágnesség elméletét. A Bohr-elméletnek, minden nagy és maradandó eredménye ellenére, voltak bizonyos hiányosságai, melyekre csak a következő évtized kutatásai derítettek fényt. Az 1924-1926-ban megalapított hullám- és kvantummechanika egységesebbnek és a színképek értelmezése terén valamivel sikeresebbnek bizonyult. Mindazonáltal M. PLANCK 1900-ban fogant felismerése után a Bohr-elmélet jelentette a második nagy lépést a modern kvantumelmélet kialakulása felé.

Bohr 1913-ban a koppenhágai egyetem docense lett. Egy évvel később lektorként Manchesterbe került. 1916-ban immáron professzori címmel hívták meg Koppenhágába. 1921-ben Blegdasvejen nyílt meg a Bohr számára alapított elméleti fizika intézet, melyet — a második világháború közbeni megszakítás kivételével — élete végéig vezetett. 1922-ben felmentették az egyetemi előadások megtartásának kötelezettsége alól, hogy erejét minél teljesebben szentelhesse kutatásainak. Előadásait tanítványa, H. A. Kramers vette át, kinek utóda később  W. HEISENBERG lett.
Bohr tevékeny részt vállalt a kvantumelmélet felépítésének további munkálataiban is. Tudománytörténeti szempontból emlékezetesek az 1922 nyarán Göttingenben megtartott kollokviumai, melyeken több, ma már világhírű elméleti fizikus először jutott el a kvantummechanika lényegének felismeréséhez. Bohr tanítványainak, a "koppenhágai iskolához" tartozó kutatóknak munkássága a kvantumelmélet mai formájának kialakításáért tett erőfeszítések lényeges része, és nemcsak egyes konkrét fizikai problémák megoldását szolgálta, hanem a kvantumelmélet egységes eszmerendszerré való rendeződéséhez is hozzájárult. A kvantumelmélet "koppenhágai interpretációja" a mai napig is a kvantumelmélet leghatásosabb értelmezése.
Bohr 1930-tól foglalkozott az atommag fizikájával. 1933-ban J. A. Wheelerrel együtt maghasadási modellt dolgozott ki. Az általuk javasolt folyadékcseppmodell igen gyümölcsözőnek bizonyult.

Bohr, aki a második világháború alatt fivérével életre hívta az elűzött értelmiségieket segítő dán bizottságot, 1943 szeptemberében titokban értesült arról, hogy küszöbön áll letartóztatása. A dán ellenállási mozgalom segítségével egy csónakon Svédországba szökött, ahonnan kalandos és veszélyes repülőutazással menekült Angliába, majd az USA-ba. Hazájába csak a második világháború befejeztével tért vissza. Nagy tekintélyű tudósként, felelősséggel vállalta a közéleti szereplést. Szándékait példázza az a memorandum, amelyet 1950-ben az ENSZ-hez juttatott el, melyben kifejtette a "nyílt világról" szóló, minden állam békés együttműködését, a szabad utazást és a korlátlan ismeretcsere lehetőségét javasló elképzelését. Századunk egyik leghatásosabb gondolkodója 1917 óta tagja, éveken át elnöke volt a dán tudományos akadémiának, s tagja számtalan tudományos testületnek. A Magyar Tudományos Akadémia is tiszteletbeli tagjává választotta. Tudományos egyénisége rendkívülien hatott környezetére, és kutatócsoportja oly mesteri vezetőjének bizonyult, hogy általa Koppenhága hosszú időre "az atomfizika fővárosává" vált. Zseniális megérzéssel ragadta meg a fizikai kérdéseket; a belső felismerés szokatlan képességét bírta. Az elméleti fizika legjobbjai hosszabb-rövidebb időt töltöttek közelében, és tanítványainak vallják magukat.

Rutherford atommodelljével, a mag körül bolygóként keringő elektron képével meg lehetett magyarázni néhány fizikai jelenséget, de a modell a spektroszkópiai tapasztalatokat illetően csődöt mondott. Ezenkívül összeegyeztethetetlen volt a Maxwell-Lorentz-féle elektrodinamika törvényeivel is: a keringő elektronnak folytonosan energiát kellene sugároznia, így rövid időn belül a magba zuhanna, vagyis az atom összeomlana. Bohr feltételezte, hogy a Rutherford-modellben levő, a klasszikus mechanika törvényei által megadott végtelen sokféle körpálya között vannak olyan elektronpályák, amin az elektron nem sugároz. E pályákat bizonyos feltételi egyenletek révén ki lehet választani. A feltételi egyenletek, az úgynevezett kvantumfeltételek kifejezik azt, hogy a sugárzási tér energiájához hasonlatosan, az atom mechanikai jellemzői is kvantáltak. Bohr első kvantumfeltétele szerint az atom stacionárius állapotban van, ha keringő elektronjának forgási impulzusa a Planck-állandó 2p -ed részének egész számú többszöröse. Az ilyen kvantumpályán tehát az elektron nem sugároz. Miként a kvantumfeltételnek megfelelően a forgási impulzus, az elektron energiája is csak bizonyos, az egész számok egymás után következő sorozatának megfelelő diszkrét értékeket vehet fel, és nem változhat folytonosan.
A második kvantumfeltétel szerint az elektronok a sugárzásmentes pályák között hirtelen, ugrásszerű átmeneteket, "kvantumugrásokat" végeznek. Az ugrás során a két pálya energiakülönbségének megfelelő energiájú sugárzási kvantum, foton sugárzódik ki vagy nyelődik el. Bohr modelljében tehát elfogadta a klasszikus mechanika törvényrendszerét, de a klasszikus fizikai megoldások közül csak azokat a diszkrét eseteket tekintette lehetségesnek, melyekre a kvantumfeltétel teljesül. Az alkalmazott kvantumposztulátumok nem mondanak ellent a klasszikus mechanikának, csupán további megszorításokat jelentenek a klasszikus törvények mellett. A Bohr-féle atommodell alapján értelmezni lehetett azt a J. J. Balmer által 1885-ben analogikus módszerrel felállított, spektroszkópiai tapasztalatokon nyugvó formulát, mely a gázok vonalas színképében található diszkrét spektrumvonalak elrendeződését írja le.
A Bohr-elmélet végleges matematikai formáját A. Sommerfeld adta meg. A. Sommerfeld megfogalmazása annyiban bizonyult jobbnak az eredetinél, hogy a zavartalan atom minden egyes energiaszintjéhez több pályát rendelt, a körpálya mellett ellipszis alakú pályákat is megengedve. Elektromos vagy mágneses tér zavaró hatására a kezdetben egységes szint különböző pályái némileg eltérő energiájúakká válnak, és — ennek megfelelően — a színképvonal "felhasad".

Bohr a modern fizikának filozófiai szempontból is legtöbbet vitatott gondolkodója. Ő fogalmazta meg a kvantummechanikának két ismeretelméleti vonatkozású alapelvét, a korrespondenciaelvet és a komplementaritási elvet. Az 1916-ban kimondott korrespondenciaelv, mely szerint a kvantummechanika-törvényeknek nagy kvantumszámok esetében meg kell egyezniük a klasszikus fizika kijelentéseivel, közvetítő szerepet játszik a két gondolatrendszer, a mikrofizika és a makrofizika között. A komplementaritási elv, amit Bohr 1927 nyarán Comóban ismertetett, lényegében a Heisenberg-féle határozatlansági relációnak ad zárt ismeretelméleti formát. Az elv Bohr egyszerűsített megfogalmazásában : "A részecske és a hullám, mint fogalmak, kiegészítik egymást, miközben ellentmondanak egymásnak: a történés komplementer képei." A komplementaritási elv és a mérési folyamat Bohr által kezdeményezett ismeretelméleti analízise a későbbiekben a kvantumelmélet koppenhágai értelmezésének alapkövévé vált.