NIELS BOHR: ŽIVOTOPIS A PŘÍSPĚVKY - VĚDA - 2024

Niels Bohr (1885-1962) byl dánský fyzik, který získal Nobelovu cenu za fyziku v roce 1922 za svůj výzkum týkající se struktury atomů a jejich úrovně záření. Bohr, vychovaný a vzdělaný v evropských zemích, na nejprestižnějších anglických univerzitách, byl také renomovaným vědcem a zvědavým na filozofii.

Spolupracoval s dalšími renomovanými vědci a laureáty Nobelovy ceny, jako jsou JJ Thompson a Ernest Rutherford, kteří ho povzbuzovali, aby pokračoval ve výzkumu v atomové oblasti.

Bohrův zájem o atomovou strukturu ho přivedl k přechodu mezi univerzitami, aby našel ten, který by mu dal prostor pro rozvoj jeho výzkumu podle jeho vlastních podmínek.

Niels Bohr vycházel z objevů, které provedl Rutherford, a pokračoval v jejich vývoji, dokud na ně nemohl vložit vlastní otisk.

Bohr přišel s rodinou více než šesti dětí, byl učitelem jiných vědeckých osobností, jako je Werner Heisenberg a prezident Královské dánské akademie věd, a členem dalších vědeckých akademií po celém světě.

Životopis

Niels Bohr se narodil 7. října 1885 v Kodani, hlavním městě Dánska. Nielsův otec byl jmenován Christianem a profesorem fyziologie na Kodaňské univerzitě.

Matkou Niels byla Ellen Adler, jejíž rodina byla ekonomicky privilegovaná a měla vliv na dánské bankovní prostředí. Nielsova rodinná situace mu umožnila přístup ke vzdělání považovanému v té době za privilegované.

Studie

Niels Bohr se začal zajímat o fyziku a studoval ji na Kodaňské univerzitě, od níž v roce 1911 získal magisterský titul z fyziky. Později odcestoval do Anglie, kde studoval v Cavendish Laboratory na University of Cambridge.

Hlavní motivací pro studium tam bylo získat vedení Josefa Johna Thomsona, lékárníka anglického původu, který obdržel Nobelovu cenu v roce 1906 za objev elektronu, konkrétně za studie, které dělal o tom, jak se elektřina pohybuje plyny.

Bohr měl v úmyslu převést svou dizertační práci do angličtiny, která přesně souvisí se studiem elektronů. Thomson však neprojevil žádný skutečný zájem o Bohra, a proto se rozhodl odejít a vydat se na University of Manchester.

Vztah s Ernestem Rutherfordem

Na univerzitě v Manchesteru měl Niels Bohr příležitost podělit se s britským fyzikem a chemikem Ernestem Rutherfordem. Byl také Thomsonovým asistentem a později získal Nobelovu cenu. Bohr se od Rutherforda hodně naučil, zejména v oblasti radioaktivity a modelů atomu.

Postupem času spolupráce mezi vědci rostla a jejich přátelství rostlo. Jedna z událostí, ve které oba vědci interagovali v experimentálním oboru, se týkala modelu atomu navrženého Rutherfordem.

Tento model byl pravdivý v konceptuální oblasti, ale nebylo možné ho představit tak, že by byl vytvořen v zákonech klasické fyziky. Vzhledem k tomu se Bohr odvážil říci, že důvodem bylo to, že dynamika atomů nepodléhala zákonům klasické fyziky.

Severský ústav pro teoretickou fyziku

Niels Bohr byl považován za stydlivého a introvertního muže, nicméně řada esejů, které publikoval v roce 1913, mu získala široké uznání ve vědecké oblasti, což z něj udělalo uznávanou veřejnou osobnost. Tyto eseje souvisely s jeho pojetím struktury atomu.

V roce 1916 Bohr odcestoval do Kodaně a tam, ve svém rodném městě, začal učit teoretickou fyziku na Kodaňské univerzitě, kde studoval.

Bohr byl v této pozici a díky slávě, která dříve získala, získal Bohr dostatek peněz, které byly nezbytné k vytvoření v roce 1920 Severského institutu teoretické fyziky.

Dánský fyzik řídil tento institut od roku 1921 do roku 1962, což je rok, ve kterém zemřel. Později ústav změnil svůj název a byl na počest svého zakladatele nazýván Institutem Nielse Bohra.

Tento institut se velmi brzy stal referencí, pokud jde o nejdůležitější objevy, které byly v té době učiněny v souvislosti s atomem a jeho konformací.

Severský ústav pro teoretickou fyziku byl v krátké době srovnatelný s ostatními univerzitami s větší tradicí v této oblasti, jako jsou německé univerzity v Göttingenu a Mnichově.

Kodaňská škola

Dvacátá léta byla pro Nielse Bohra velmi důležitá, protože během těchto let vydal dva základní principy svých teorií: zásadu korespondence vydanou v roce 1923 a zásadu komplementarity přidanou v roce 1928.

Výše uvedené zásady byly základem, na kterém se začala formovat Kodaňská škola kvantové mechaniky, nazývaná také Kodaňská interpretace.

Tato škola našla odpůrce ve velkých vědcích, jako je samotný Albert Einstein, který po opozici vůči různým přístupům nakonec uznal Nielse Bohra za jednoho z nejlepších vědeckých vědců té doby.

Na druhé straně v roce 1922 obdržel Nobelovu cenu za fyziku za experimenty související s atomovou restrukturalizací a v témže roce se narodil jeho jediný syn, Aage Niels Bohr, který nakonec studoval v ústavu, kterému předsedal Niels. Později se stal jejím ředitelem a v roce 1975 získal Nobelovu cenu za fyziku.

Během třicátých let se Bohr usadil ve Spojených státech a zaměřil se na propagaci oblasti jaderného štěpení. V této souvislosti Bohr určil štěpnou charakteristiku plutonia.

Na konci tohoto desetiletí, v roce 1939, se Bohr vrátil do Kodaně a obdržel jmenování předsedou Královské dánské akademie věd.

Druhá světová válka

V roce 1940 byl Niels Bohr v Kodani a v důsledku druhé světové války byl o tři roky později nucen uprchnout spolu se svou rodinou do Švédska, protože Bohr měl židovský původ.

Ze Švédska cestoval Bohr do Spojených států. Tam se usadil a připojil se ke spolupráci týmu Manhattan Project, který produkoval první atomovou bombu. Tento projekt se uskutečnil v laboratoři v Los Alamos v Novém Mexiku a během jeho účasti na projektu se Bohr změnil na Nicholas Baker.

Návrat domů a smrt

Na konci druhé světové války se Bohr vrátil do Kodaně, kde se opět stal ředitelem Severského institutu pro teoretickou fyziku a vždy obhajoval aplikaci atomové energie s užitečnými cíli, vždy hledající účinnost v různých procesech.

Tento sklon je způsoben skutečností, že Bohr si byl vědom velkých škod, které by mohly být způsobeny tím, co objevil, a zároveň věděl, že pro tento typ silné energie existuje konstruktivnější nástroj. Od 50. let se Niels Bohr věnoval pořádání konferencí zaměřených na mírové využití atomové energie.

Jak jsme již zmínili dříve, Bohr si nechal ujít velikost atomové energie, takže kromě toho, že se zasazuje o jeho správné využití, také stanovil, že by vlády měly zajistit, aby tato energie nebyla použita destruktivním způsobem.

Tato představa byla představena v roce 1951 v manifestu podepsaném v té době více než stovkou renomovaných vědců a vědců.

V důsledku této akce a jeho předchozí práce ve prospěch mírového využití atomové energie, v roce 1957, nadace Ford mu udělila cenu Atoms for Peace, udělenou osobnostem, které usilovaly o podporu pozitivního využití tohoto typu energie.

Niels Bohr zemřel 18. listopadu 1962 ve svém rodném městě v Kodani ve věku 77 let.

Příspěvky a objevy Nielse Bohra

Bohr a Albert Einstein

Model a struktura atomu

Atomový model Nielse Bohra je považován za jeden z jeho největších příspěvků do světa fyziky a vědy obecně. Jako první vystavil atom jako kladně nabité jádro obklopené obíhajícími elektrony.

Bohr dokázal objevit vnitřní pracovní mechanismus atomu: elektrony jsou schopné obíhat nezávisle kolem jádra. Počet elektronů přítomných na vnější oběžné dráze jádra určuje vlastnosti fyzického prvku.

Aby získal tento atomový model, Bohr aplikoval Maxovu Planckovu kvantovou teorii na atomový model vyvinutý Rutherfordem, čímž získal model, který mu vynesl Nobelovu cenu. Bohr představil atomovou strukturu jako malou sluneční soustavu.

Kvantové pojmy na atomové úrovni

Bohrův atomový model vedl k tomu, že byl považován za revolucionáře, byla metoda, kterou použil k jeho dosažení: aplikace kvantových teorií fyziky a jejich vzájemný vztah s atomovými jevy.

Díky těmto aplikacím byl Bohr schopen určit pohyby elektronů kolem atomového jádra, jakož i změny jejich vlastností.

Stejně tak prostřednictvím těchto konceptů dokázal získat představu o tom, jak je hmota schopna absorbovat a emitovat světlo ze svých nej nepostřehnutelných vnitřních struktur.

Objev věty Bohr-van Leeuwen

Bohr-van Leeuwenova věta je věta aplikovaná na oblast mechaniky. V roce 1911 pracoval Bohr a později jej doplnil van Leeuwen. Aplikace této věty dokázala odlišit rozsah klasické fyziky od kvantové fyziky.

Veta uvádí, že magnetizace vyplývající z aplikace klasické mechaniky a statistické mechaniky bude vždy nulová. Bohr a van Leeuwen dokázali zahlédnout určité koncepty, které bylo možné vyvinout pouze pomocí kvantové fyziky.

Dnes je věta obou vědců úspěšně aplikována v oblastech, jako je fyzika plazmatu, elektromechanika a elektrotechnika.

Princip komplementarity

V rámci kvantové mechaniky, princip komplementarity formulovaný Bohrem, který představuje zároveň teoretický a výsledný přístup, tvrdí, že objekty podrobené kvantovým procesům mají komplementární přiřazení, které nelze pozorovat ani měřit současně.

Tento princip komplementarity se rodí z jiného postulátu vyvinutého Bohrem: Kodaňská interpretace; zásadní pro výzkum kvantové mechaniky.

Interpretace v Kodani

S pomocí vědců Maxe Born a Wernera Heisenberga vyvinul Niels Bohr tuto interpretaci kvantové mechaniky, která umožnila objasnit některé prvky, které umožňují mechanické procesy, jakož i jejich rozdíly. Byl vytvořen v roce 1927 a je považován za tradiční interpretaci.

Podle kodaňské interpretace nemají fyzické systémy před jejich podrobením určité vlastnosti a kvantová mechanika je schopna pouze předpovídat pravděpodobnosti, s nimiž provedená měření přinese určité výsledky.

Struktura periodické tabulky

Podle jeho interpretace atomového modelu byl Bohr schopen podrobněji strukturovat periodickou tabulku prvků existujících v té době.

Dokázal konstatovat, že chemické vlastnosti a vazebná kapacita prvku úzce souvisí s jeho valenčním nábojem.

Bohrova práce aplikovaná na periodickou tabulku vedla k vývoji nového oboru chemie: kvantové chemie.

Podobně prvek známý jako Boron (Bohrium, Bh) dostává své jméno na počest Nielse Bohra.

Jaderné reakce

Pomocí navrhovaného modelu byl Bohr schopen navrhnout a vytvořit mechanismy jaderných reakcí z dvoustupňového procesu.

Bombardováním nízkoenergetických částic se vytvoří nové jádro s nízkou stabilitou, které nakonec vyzařuje paprsky gama, zatímco jeho integrita klesá.

Tento objev od Bohra byl po dlouhou dobu považován za klíčový ve vědecké oblasti, dokud nebyl zpracován a po letech vylepšen jedním z jeho synů, Aageem Bohrem.

Vysvětlení jaderného štěpení

Jaderné štěpení je proces jaderné reakce, kdy se atomové jádro začíná dělit na menší části.

Tento proces je schopen produkovat velké množství protonů a fotonů a uvolňovat energii současně a neustále.

Niels Bohr vyvinul model, který umožnil vysvětlit proces jaderného štěpení některých prvků. Tento model spočíval v pozorování kapky kapaliny, která by představovala strukturu jádra.

Stejným způsobem, že integrální strukturu kapky lze rozdělit na dvě podobné části, Bohr dokázal, že totéž se může stát s atomovým jádrem, které je schopno generovat nové procesy tvorby nebo zhoršení na atomové úrovni.

Reference

1. Bohr, N. (1955). Člověk a fyzikální věda. Theoria: Mezinárodní žurnál pro teorii, historii a základy vědy, 3-8.
2. Lozada, RS (2008). Niels Bohr. University Act, 36-39.
3. Nobel Media AB. (2014). Niels Bohr - fakta. Citováno z Nobelprize.org: nobelprize.org
4. Savoie, B. (2014). Přísný důkaz Bohr-van Leeuwenovy věty v semiclassical limitu. RMP, 50.
5. Editors of Encyclopædia Britannica. (17. listopadu 2016). Model složeného jádra. Citováno z Encyklopedie Britannica: britannica.com.