Faktaboks

Niels Bohr

Niels Henrik David Bohr

Født
7. oktober 1885, København
Død
18. november 1962, Valby

Niels Bohr var en dansk fysiker og en af naturvidenskabens største personligheder. Han fik Nobelprisen i fysik i 1922 for sin teori om atomernes struktur. I kvantefysikkens filosofi er han berømt for sit begreb om komplementaritet, og hans filosofi kaldes somme tider for københavnerfortolkningen.

Opvækst og uddannelse

Niels Bohr (th.) sammen med sin bror Harald. Foto fra 1907.

.

Niels Bohrs far var den fremragende fysiolog Christian Bohr og hans mor, Ellen, født Adler, kom fra en velstående jødisk familie; hans morfar var David Adler og hans moster Hanna Adler.

I hans fars familie var der en lang akademisk tradition. Hans oldefars bror var medlem af det norske og det svenske videnskabsakademi. Bohrs farfar var teolog og rektor for det von Westenske Institut, der var en lærd skole i København.

Bohr blev født i det fornemme Adlerske hjem, Ved Stranden 14 i København, og voksede op i en harmonisk og inspirerende familiekreds. Han havde en storesøster, Jenny (1883-1933), og en yngre bror, Harald Bohr, som blev en berømt matematiker.

Bohr gik i Gammelholms Latin- og Realskole fra første underskoleklasse til sin studentereksamen i 1903. Med udmærkelse til studentereksamen blev han derefter optaget på Københavns Universitet, hvor han valgte fysik som hovedfag og astronomi, kemi og matematik som bifag. I de første studenterår spillede Bohr fodbold i Akademisk Boldklub som målmand.

Tidlig forskningskarriere

Portrættet er formentlig fra 1935, hvor Bohr fyldte 50 år. På det tidspunkt var Bohr en særdeles fremtrædende skikkelse. Han var nobelpristager og institutleder og boede i Carlsbergs æresbolig.

.

I 1907 modtog Bohr Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskabs guldmedalje for en prisopgave om væskestrålers svingninger. I 1911 erhvervede han doktorgraden (dr. phil.) for en afhandling med titlen Studier over Metallernes Elektronteori.

Senere i 1911 rejste Bohr til Cambridge for at fortsætte sine studier hos den kendte engelske fysiker J.J. Thomson. I perioden marts-juli 1912 var Bohr i Manchester hos Ernest Rutherford, den fysiker, der skulle blive hans forbillede som videnskabsmand og som menneske.

Tidspunktet for Bohrs ankomst til Manchester var det gunstigst mulige. I 1911 havde Rutherford offentliggjort en ny atommodel, der beskrev atomet som en lille tung kerne i centrum, omkredset af lette elektroner. Efter den tids fysiske teorier ville Rutherfords atommodel imidlertid være ustabil, idet elektronerne ville falde ind mod kernen.

Det var Niels Bohrs store fortjeneste at forene nye begreber fra Max Plancks kvanteteori fra år 1900 med Rutherfords atommodel, og han påviste, at Rutherfords atom dermed ville blive stabilt. Bohrs første, men ufuldstændige arbejde i denne retning foregik allerede under hans korte ophold i Manchester, hvorefter han vendte tilbage til Danmark for — i august 1912, i Slagelse — at indgå ægteskab med Margrethe Nørlund (1890-1984).

Margrethe og Niels fik seks sønner, hvoraf fire blev fremstående medlemmer af det danske samfund, heriblandt Aage Bohr, der også blev fysiker og nobelprismodtager. Den ældste søn omkom som 18-årig ved en tragisk drukneulykke, og den yngste døde som barn.

Niels Bohrs atommodel

I april 1913 fuldendte Niels Bohr i tre artikler til Philosophical Magazine sit livs vigtigste videnskabelige arbejde, som gjorde ham verdensberømt. Her redegjorde han for sin teori om det enkleste atom, brintatomet. Teorien bygger på den hypotese, at kun visse udvalgte elektronbaner forekommer i naturen, modsat den tids antagelse, at elektronbanerne udgør en kontinuert mængde. I 1913 var det en yderst kontroversiel påstand, at kun adskilte "kvantebaner" kunne eksistere i atomet.

Selvom Bohrs antagelse var i konflikt med den kendte fysik, måtte den være rigtig, eftersom den førte til vellykkede kvantitative forudsigelser, som billedet med kontinuerte baner ikke kunne lede til. Ydermere lykkedes det ham at knytte en formel forbindelse mellem kvanteteorien og den klassiske fysik, som han kaldte korrespondensprincippet. Korrespondensprincippet gjorde han til et formelt redskab, som han mestrede med stor snilde og succes til forudsigelse af grundstoffernes spektrale opførsel.

Bohrs succes førte til en hurtig akademisk karriere: docent i København (1913), lektor i Manchester (1914) og sluttelig professor i København (1916) med kontor på Polyteknisk Læreanstalt, eftersom universitetet dengang ikke rådede over et institut eller et laboratorium for fysik.

Den russisk-amerikanske fysiker George Gamow opholdt sig 1928-29 og 1930-31 på Institut for Teoretisk Fysik i København som forskningsstipendiat. Til instituttets tiårsjubilæum i 1931 illustrerede han atomteoriens udvikling i 13 billeder med Niels Bohr som Mickey Mouse; seks af dem ses her. Øverst: Niels Bohr, der var en ivrig fodboldspiller, inspireres til sin atommodel. Nederst fra venstre: Niels Bohr som dommer for de yngre medarbejdere. Niels Bohr og Werner Heisenberg (W.H.) diskuterer ubestemthedsrelationernes fortolkning; th. ses bl.a. med påskriften Wellen en bølgepakke. Niels Bohrs tankeeksperimenter, her en elektron (pil) der skydes gennem en enkeltspalte, spillede en stor rolle for kvantemekanikkens udvikling. Bragt med tilladelse fra ©The Walt Disney Company.

.

Niels Bohr Institutet

Nogle af kvantemekanikkens pionerer samlet til møde i 1930 på Institut for Teoretisk Fysik (Niels Bohr Institutet) i København. Truthorn, legetøjskanon m.m. opstillet på det forreste bord. Auditoriet med de umagelige træbænke er stadig (2023) i brug på instituttet. Første række fra venstre: Oscar Klein, Niels Bohr, Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli, George Gamow, Lev D. Landau, Hans A. Kramers; anden række: Ivar Waller, Piet Hein, Rudolf Peierls, Walter Heitler, Felix Bloch, Tatiana Ehrenfest, Walter Colby, Edward Teller; tredje række: ?, Christian Møller, Mogens Pihl, ?.

.

Det blev Bohr selv, der i 1917 tog initiativet til at skabe et sådant institut. Han overvågede tæt byggeriet og dets senere udvidelser, ligesom han søgte og fik støtte til instituttets arbejde fra fonde, først i Danmark, senere også i USA. Indvielsen af Universitetets Institut for Teoretisk Fysik på Blegdamsvej i København fandt sted i 1921.

Bohr blev instituttets første bestyrer og den, som naturligt nok var leder af såvel de teoretiske som de eksperimentelle undersøgelser. Ved indvielsen udtalte Bohr, at instituttet skulle varetage den opgave "at føre et stadig forøget antal unge mennesker ind i videnskabens resultater og metoder" — og ikke kun danske, men yngre forskere fra alle egne af verden.

Det var, hvad der faktisk kom til at ske i dramatisk målestok. Mellem 1921 og 1961 tilbragte 444 fysikere fra 35 lande mindst en måned ved instituttet i København. Bohr var en af sin tids mest inspirerende læremestre og altid oplagt til at tale med gæsterne om deres arbejde. Nogle af de yngre forskere blev siden berømte fysikere, blandt dem Paul A.M. Dirac, Werner Heisenberg — der skrev sin artikel om ubestemthedsrelationerne på Bohrs institut — og Wolfgang Pauli.

Bohr tog endvidere initiativ til at afholde tilbagevendende møder i København, som samlede førende fysikere fra hele verden. Disse møder, der begyndte i 1929, gjorde instituttets auditorium A til stedet for denne periodes mest inspirerende diskussioner om fysik.

I 1965 blev instituttet omdøbt til Niels Bohr Institutet.

Videnskabelig produktion

I Bohrs tid blev der offentliggjort ca. 1200 videnskabelige artikler fra instituttet; ca. 200 af disse kom fra Bohrs egen hånd. Trods mange andre forpligtelser afbrød han aldrig sit videnskabelige virke.

Blandt hans tidlige arbejder skal især nævnes fremstillingen (1920-1922) af den teoretiske baggrund for grundstoffernes periodiske system, som gjorde ham til kvantekemiens grundlægger. Dette arbejde førte også til opdagelsen af et nyt grundstof, nr. 72, der fik navnet hafnium efter Københavns latinske navn Hafnia, fordi opdagelsen af grundstoffet skete på instituttet i København.

Niels Bohr var således ikke blot en kreativ videnskabsmand, men også grundlægger, administrator og intellektuel leder af det institut, som gennem 1920'erne og 1930'erne var et af verdens førende centre for teoretisk fysik.

Kvantemekanik og komplementaritet

Niels Bohr (tv.) i samtale med fysikerne Werner Heisenberg og Wolfgang Pauli, tre førende skikkelser i kvantefysikkens udvikling. Fotografiet er taget i København ca. 1930.

.

Som nævnt var forudsætningerne for Bohrs tidlige arbejder ikke logisk sammenhængende. Det var en omstændighed, Bohr selv var ganske klar over. Løsningen kom med opdagelsen af kvantemekanikken, som opløste alle de paradokser fysikerne havde kæmpet med de foregående år.

Den revolutionerende udvikling skete i to trin. I første trin (1925-1926) blev der opfundet nye ligninger (matrixligninger og bølgeligninger, se differentialligning), som på en logisk sammenhængende måde førte til de samme resultater, som Bohr og andre havde opnået tidligere.

Andet trin blev indledt med en artikel af Bohr fra 1927, som i simple vendinger stillede spørgsmålet: De nye ligninger er øjensynligt rigtige, men hvad betyder de?

Komplementaritet

Niels Bohr (tv.) og Albert Einstein i samtale i den periode, hvor kvantemekanikken blev formuleret. Fotografiet er taget af fysikeren Paul Ehrenfest formentlig i dennes hjem i 1925 eller 1927.

.

Bohr besvarede selv spørgsmålet inden for rammerne af en ny logik, som han kaldte komplementaritet, og som han selv anså for at være sit vigtigste bidrag til videnskaben.

I de følgende år fortsatte Bohr med at forfine komplementaritetsprincippet, ikke mindst stimuleret af indvendinger fra Albert Einstein, som ikke kunne acceptere Bohrs fortolkning (se også Københavnerfortolkningen). Deres videnskabelige uenighed rokkede dog aldrig ved den gensidige respekt og hengivenhed, der bestod imellem dem.

Sammen med sin tætte kollega Léon Rosenfeld kastede Bohr sig i 1931 ud i at anvende sin tankegang inden for kvanteteorien for det elektromagnetiske felt. Deres resultater blev publiceret i en artikel i 1933.

1930'ernens forskning i atomer og radioaktivitet

Niels Bohr (th.) og George de Hevesy ved den store van de Graaf-generator på Institut for Teoretisk Fysik
Niels Bohr (th.) og George de Hevesy foran den store van der Graaf-generator, der fungerede som højspændingskilde på Institut for Teoretisk Fysik i 1936.

I 1931 flyttede familien Bohr ind i Carlsberg Bryggeriernes æresbolig.

Den nazistiske magtovertagelse i 1933 fik mange til at flygte fra Tyskland. Bohr var medlem af bestyrelsen for den danske komité for hjælp til intellektuelle flygtninge og gjorde et stort stykke arbejde med at skaffe fondsmidler, der muliggjorde flere gæsteophold ved instituttet.

Blandt dem, der kom, var ungareren Georg de Hevesy, der i 1935 som den første anvendte radioaktive isotoper i biologien. Hevesy grundlagde derved en ny videnskab: nuklearmedicinen. Samme år opnåede Bohr fondsstøtte til at bygge partikelacceleratorer, der kunne anvendes i fysikken og biologien; i 1938 blev en højspændingsmaskine taget i brug på instituttet, og denne accelerator blev snart fulgt af en af Europas først opførte cyklotroner.

Inden da, i årene 1936-1937, havde Bohr ydet et vigtigt bidrag til teorien om atomkernen ved studiet af de fænomener, der optræder, når atomkerner beskydes med neutroner. Bohr udarbejdede en model for sådanne fænomener med udgangspunkt i billedet af en væskedråbe, som vibrerer, når den forstyrres (se compoundkerne). Denne teori skulle vise sig at kunne forklare mange af de fænomener, der senere blev studeret i bombelaboratoriet i Los Alamos (se Manhattanprojektet).

2. Verdenskrig, Heisenbergs besøg og atombomben

Niels Bohr illustrerede compoundkernens dannelse med den viste model: En kugle trilles ned i et fad med nogle andre kugler. Gentagne sammenstød fordeler hurtigt energien af den indskudte kugle mellem de øvrige kugler på fadet. Det er derfor usandsynligt, at en enkelt kugle igen samler energi nok til at smutte over kanten. En kugle, dvs. en neutron, er således indfanget.

.

I begyndelsen af 1939 blev det rapporteret fra Berlin, at beskydning af urankerner med neutroner fremkaldte en voldsom spaltningsproces i urankernerne. På få uger blev der udarbejdet en teori for denne proces af Lise Meitner i Stokholm og hendes nevø, Otto Robert Frisch, der på det tidspunkt arbejdede på Bohrs institut. Teorien var baseret på Bohrs væskedråbemodel. Begrebet fission blev foreslået af en af Hevesys medarbejdere i analogi med delingen af en biologisk celle. Bohr bragte personligt nyheden til USA, hvor han også gjorde den grundlæggende opdagelse, at fission forårsaget af langsomme neutroner i uran kun kunne finde sted i den sjældne isotop uran-235.

Efter tyskernes besættelse af Danmark i 1940 fortsatte Bohr som instituttets leder, på trods af at han modtog tilbud om stillinger i USA. I september 1941 fik Bohr besøg af sin tidligere meget nære ven, den tyske kollega Werner Heisenberg. Det er usikkert, hvad de to præcist talte om under deres møde, men det blev klart for Bohr, at Heisenberg var involveret i et tysk atomenergiprojekt, der potentielt kunne bruges militært. Det gjorde forståeligt nok Bohr meget oprevet; deres venskab blev aldrig det samme igen.

To år senere, i september 1943, måtte Bohr-familien flygte til Sverige sammen med de andre danske jøder, da samarbejdspolitikken brød sammen. Bohr rejste dog hurtigt videre til England og derfra til USA, hvor han blev involveret i Manhattanprojektet.

Niels Bohrs forsøg på at forhindre atomkapløbet

Niels Bohr modtager den første Atoms for Peace medalje i 1957
Niels Bohr modtager den første Atoms for Peace pris i 1957 af Præsident Dwight D. Eisenhower og hans rådgiver, rektor for Massachusetts Institute of Technology (MIT) James R. Killian.

Bohr var imidlertid mindre optaget af selve den militære indsats end af de omvæltninger, det nye våben ville kunne udløse i efterkrigstidens verden. Bohr understregede, at man kun kunne undgå et kapløb med Sovjetunionen på dette område, hvis man straks informerede russerne om de vestallieredes projekt og tilbød dem et omfattende samarbejde i fremtiden.

I 1944 forsøgte Bohr ved personlige møder at appellere til Churchill og Roosevelt om at forfølge denne strategi, men forgæves. Hans møde i 1948 med den amerikanske udenrigsminister George C. Marshall førte heller ikke til noget. I 1950 og i 1956 gentog han sine forslag i åbne breve til De Forenede Nationer, stadig uden held; tiden var endnu ikke moden til Bohrs fremsynede tanker.

For sit utrættelige arbejde for en åben verden fik han som den første prisen Atoms for Peace i 1957.

Priser og hædersbevisninger og øvrige hverv

.

Niels Bohr fik tildelt mange æresbevisninger i sit liv. Foruden Nobelprisen i fysik i 1922 og Atoms for Peace-prisen i 1957, modtog han flere ordener, hvoraf den fornemste var Elefantordenen (1947), ligesom han fik ca. 30 æresdoktorgrader tildelt.

Bohr påtog sig samvittighedsfuldt de samfundsmæssige forpligtelser, der fulgte med hans fremtrædende position. Fra 1939 og til sin død var han præsident for Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskab, som han havde været medlem af siden 1917. I samme periode var han formand for Selskabet for Naturlærens Udbredelse. Ind imellem beklædte han også formandskabet for Fysisk Forening, ligesom han var formand for Den Danske Atomenergikommission, præsident for Landsforeningen til Kræftens Bekæmpelse, formand for bestyrelsen for NORDITA (Nordisk Institut for Teoretisk Atomfysik) og primus motor i etableringen af Atomenergikommissionens Forsøgsanlæg Risø (nu Forskningscenter Risø).

Niels Bohrs filosofi

Niels Bohr valgte det gamle kinesiske symbol yin og yang som våbenmærke, da Frederik 9. i 1947 tildelte ham den fornemme Elefantorden. På den måde anskueliggjorde han sin grundopfattelse af universets harmoni, som han anede bag naturens mange, ofte modsætningsfyldte fremtrædelsesformer. Meningen understreges af den latinske devise Contraria sunt complementa, 'modsætninger er komplementære'. Blandt 1900-tallets danske Elefantriddere var Niels Bohr den fjerde og sidste af borgerlig herkomst.

.

Som nævnt ovenfor er kvantemekanikken en konsekvens af Max Plancks virkningskvantum. Virkningskvantets endelige størrelse foreskriver, ifølge Bohr, vilkår for observation, der ikke findes i klassisk fysik. Der vil således altid være en principielt ukontrollerbar vekselvirkning mellem måleapparaturet og det atomare objekt.

Bohr pointerede, at ordet fænomen derfor "udelukkende (bør) anvendes til iagttagelser, der er vundet under angivne omstændigheder omfattende en redegørelse for hele forsøgsanordningen". Sådanne kvantefænomener er irreversible og kan ikke deles op i mindre processer.

Kvantemekanikken bygger på forsøg, hvor de atomare objekter udviser partikelkarakter, og forsøg, hvor de udviser bølgekarakter (se bølge-partikel-dualitet). De to typer af beskrivelser så Bohr som komplementære: De udelukker gensidigt hinanden, samtidig med at de supplerer hinanden. Begge er nødvendige for forståelsen af den kvantemekaniske formalisme.

Komplementaritet – ikke kun i fysikken

Komplementaritet er ifølge Bohr en betragtningsmåde, der rækker langt ud over fysikken. Han mente, at man inden for biologi må regne den fysisk-kemiske beskrivelse for at være komplementær til en beskrivelse, der angiver formålet med de biologiske processer. Dette hænger sammen med, at betingelserne for iagttagelse og beskrivelse er anderledes i biologi end i fysik, og at det ene område derfor ikke kan reduceres til det andet område.

En lignende komplementaritet mente Bohr at finde i forholdet mellem tanke og følelse, mellem overvejelse og beslutning og mellem fornuft og instinkt. En tilbundsgående deterministisk analyse af hjernefunktioner og tankevirksomhed er principielt umulig; derfor er såvel "fri vilje" som "årsag" lige uundværlige i beskrivelsen af menneskelige forhold. Også i samfundsvidenskaberne finder vi komplementære forhold, fx mellem forklaring og forståelse.

I åndshistorien fandt Bohr mange udtryk for beslægtede opfattelser, fx i daoismen og hos Goethe. Skillelinjen mellem subjekt og objekt har i årtusinder været genstand for erkendelsesmæssig interesse. Det afgørende er, at denne skillelinje kan man flytte på.

Hvis man spørger sig selv, hvad det er for et subjekt, der iagttager, bliver noget af det bevidsthedsindhold, der hidtil var på subjektsiden, pludselig til objekt. I ekstrem form, sådan som Poul Martin Møller beskrev licentiatens problem i En dansk Students Eventyr (trykt 1843), afføder iagttagelsen af jeget straks et nyt jeg, og vil man også iagttage dette, opstår der igen et nyt jeg, som iagttager, og så fremdeles.

Bohr var ikke religiøs, men havde dog en ikke nærmere begrundet tro på en tilværelsens harmoni: De fleste modsigelser i vor erkendelse er blot tilsyneladende og viser sig at være komplementære og dermed forenelige, når de anskues fra et højere, mere omfattende synspunkt. Allerede i studietiden havde han en sådan opfattelse, som senere skulle vise sig særdeles frugtbar ved forståelsen af kvantemekanikken.

Det beskedne geni

Bohrs karakteristik af sit store videnskabelige forbillede Rutherford kan meget passende bruges om ham selv: "I sit liv modtog han alle tænkelige æresbevisninger, som en videnskabsmand kan modtage, og dog forblev han et ligefremt og enkelt menneske i alle sine livsytringer... Han skabte en stemning af hengivenhed overalt, hvor han virkede."

Derfor er titlen "Det beskedne geni" også velvalgt til den biografi om Niels Bohr, der udkom i 2022 på forlaget Lindhardt og Ringhof, skrevet af Charlotte Koldbye.

Bohr døde i 1962 af et hjertetilfælde. Hans urne er anbragt i familiegravstedet på Assistens Kirkegård i København.

Bohrs samlede værker (Niels Bohr Collected Works, 13 bind) er udgivet på forlaget Elsevier i Amsterdam; hans videnskabelige korrespondance m.m. opbevares på Niels Bohr Arkivet i København.

Læs mere i Den Store Danske

Eksterne links

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig