Bohr

Niels Hendrik David Bohr (1885-1962) was een Deens natuurkundige en is vooral bekend geworden vanwege zijn pionierswerk op het gebied van de atoomtheorie. In 1922 kreeg hij hiervoor de Nobelprijs. Tijdens de Tweede Wereldoorlog nam Bohr deel aan het Amerikaanse atoombomproject. Hij stierf in Denemarken waar hij meermalen was onderscheiden. De ontwikkelingen welke direct voorafgingen aan de atoomtheorie van Bohr, namen een aanvang omstreeks 1900. Niels Hendrik David Bohr, geboren op 7 oktober 1885 te Kopenhagen, ontving zijn vorming tot fysicus in de tijd toen Max Planck juist een begin had gemaakt met de ontwikkeling van de quantummechanica. Hoewel de natuurkundigen de stelling van Planck, dat straling binnen een zwart lichaam zich gedraagt alsof het uit kleine energiepakketjes is opgebouwd, aanvaardden, waren ze toch niet geneigd deze nieuwe ontdekking toe te passen op de problemen die ze zelf onderzochten. Zelfs nadat Einstein in 1950 had gesteld dat elke lichtstraal is opgebouwd uit pakketjes met een afgepaste hoeveelheid energie, bleef men de oplossing van veel problemen, waaronder die van de bouw van het atoom, zoeken in klassiek mechanische beschrijvingen. Rutherford had al jaren eerder, door heliumkernen in metalen strips te schieten en hun afbuiging te onderzoeken, laten zien dat een atoom een harde kern bezit waarvan de afmeting veel kleiner is dan die van het atoom als geheel. Hierop doorbouwend had de Japanner H. Nagoaka in 1904 een theorie opgesteld volgens welke men een atoom moest beschouwen als een harde kern met er omheen negatieve elektrische lading in de vorm van een ring, zoals die van de planeet Saturnus. De frequentie van het licht dat een atoom uitzendt, zou volgens dit Saturnus-model direct samenhangen met de frequentie van een of andere trilling die zich in die ring van elektronen zou voordoen. Deze theorie, die trachtte de atoomeigenschappen slechts met klassieke mechanica te verklaren, werd naderhand uitgebouwd door J.W. Nicholson, die er nieuwe spectraallijnen in sterrennevels mee wist te voorspellen. Dit was echter louter toevallig; de theorie van Nagoaka en Nicholson had met de werkelijkheid slechts weinig gemeen. In maart 1912 kwam Niels Bohr naar Manchester. Eerder was hij in Cambridge geweest, waar belangrijke fysici zoals Thomson en Jeans slechts matig in zijn ideeën geïnteresseerd waren geweest en waar de Cambridge Philosophical Society de Engelse versie van zijn doctoraalscriptie over de elektronentheorie van metalen te lang had gevonden en publicatie ervan te duur. In Manchester zette Bohr zich met grote energie aan het uitwerken van een theorie over de absorptie van heliumkernen die door atomen worden geschoten. Hij had zich spoedig na zijn aankomst in Manchester al een idee gevormd over begrippen als isotopen (die hij 'elektronisch identiek' noemde), atoomnummer en radioactieve overgangen. Gedurende de maanden mei, juni en juli van 1912 werkte hij dag en nacht aan de formule die de absorptie van heliumkernen door andere atoomkernen correct zou beschrijven. Hij werd hierbij geleid door de gedachte dat de energie die een heliumkern verliest, wanneer hij door een atoom vliegt, niet afhangt van de grootte van het atoom maar veeleer van afstanden tot de kern van verschillende elektronen in het atoom. Met behulp van een aantal variabelen, die de atoomstructuur moesten karakteriseren, was Bohr zo in staat zijn vergelijking op te stellen. Het bleek achteraf dat Bohrs aanname juist was geweest. Nu wierp Bohr zich met alle kracht op de ontrafeling van de atoomstructuur. In een schema dat hij Rutherford wilde laten zien, stelde Bohr dat er een vaste verhouding moest bestaan tussen de draaitijd en de energie van een elektron in een atoom (1912). In een brief gedateerd 6 maart 1913 vermeldde hij al een essentiële formule uit zijn atoomtheorie. Op 21 maart 1913 schreef hij al over het begrip analogie, bekend als het correspondentieprincipe. Toen had hij reeds een belangrijke publicatie gereed, die overigens Rutherford als voornaamste reactie ontlokte 'dat hij haar te lang vond'. Toch slaagde Bohr erin zijn publicaties, nu ook wel de 'beroemde trilogie' genoemd, vrijwel onveranderd gedrukt te krijgen. Ze verschenen in het juli-, september- en novembernummer van het Philosophical Magazine - en maakten diepe indruk, onder andere op Albert Einstein, die naderhand over Bohrs werk schreef: 'Dit is de hoogste vorm van muzikaliteit op het terrein van het denken.' Vooral het feit dat Bohr bij zijn verklaring van de atoomstructuur gebruik had gemaakt van de constante van Planck, en daarmee de klassieke mechanica had verlaten, wekte verbazing. Ook een ander gevolg van Bohrs atoomtheorie, nl. dat de frequentie van het door het atoom uitgezonden licht in het geheel niet correspondeert met enige frequentie in het atoom, maar heeft te maken met het verschil tussen twee energietoestanden van het atoom, kwam voor de meeste fysici onverwachts. Achtentwintig jaar oud had Niels Bohr met zijn atoomtheorie het hoogtepunt van zijn carrière bereikt. Hij werd spoedig lector in Manchester. In 1916 werd hij hoogleraar in de theoretische fysica aan de universiteit van Kopenhagen, in 1917 lid van de Koninklijke Deense Academie van Wetenschappen en Letteren en in 1922 ontving hij de Nobelprijs. Bohr had reeds op 22-jarige leeftijd een medaille ontvangen van deze Academie voor een artikel over de bepaling van de oppervlaktespanning van vloeistoffen. In 1936 gebruikte Bohr deze kennis van oppervlaktespanning in zijn 'Druppelmodel van de kern', waarbij men de atoomkern als een waterdruppeltje beschouwt dat door zijn oppervlaktespanning bij elkaar wordt gehouden. In 1939, een jaar voor de Duitse inval in Denemarken, werd Bohr president van de Koninklijke Deense Academie van Wetenschappen en Letteren en begon met de ontwikkeling van een theorie over kernfusies. De eerste oorlogsjaren liet de bezetter Bohr met rust, maar in het jaar 1943 vatte een aantal Duitsers het plan op hem te arresteren en in Duitsland aan een atoomproject te laten werken. Het oorspronkelijke plan, hem spoedig na 29 augustus 1943 te laten arresteren, werd niet uitgevoerd, omdat men besloot de arrestatie uit te stellen tot na de beraamde deportatie van de Deense joden. De Duitsers hoopten dat Bohrs arrestatie in de algemene verwarring minder zou opvallen. Toen Bohr op 29 september uit verschillende bronnen vernam dat men hem en zijn familie wilde arresteren, vluchtte hij nog diezelfde nacht, vergezeld van zijn vrouw en zijn broer Harald, naar Zweden. Daar begon hij onmiddellijk een actie om de Zweedse regering ertoe te bewegen de deportatie van de Deense joden te verhinderen. Na al het mogelijke te hebben gedaan, vloog Bohr, omdat hij in Zweden vanwege de vele Duitse agenten niet veilig was, nog geen maand na zijn aankomst naar Engeland. Vandaar ging hij naar Amerika, waar hij in het laboratorium van Los Alamos deelnam aan het Brits-Amerikaanse atoomenergieproject. Nadat Niels Bohr na de oorlog in Denemarken was teruggekeerd, werd hij daar in 1947 onderscheiden met de Deense Orde van de Olifant, een eerbetoon dat normaal slechts staatshoofden ten deel valt. Bohr was vijfenzestig jaar oud toen hij in 1950 zijn open brief aan de Verenigde Naties stuurde. Ongerust geworden over de gevaren van atoom- en waterstofbom, zette Bohr in deze brief uiteen welke plichten door het beschikken over de atoomenergie aan de mensheid werden opgelegd. Niels Bohr, die zijn naam gaf aan een aantal fysische grootheden (Bohr-straal, Bohr-magneton), de grondslag legde voor de atoomtheorie en de consequenties ervan verder uitwerkte, schroomde ook buiten zijn vakgebied niet zijn zorgvuldig doordachte mening te geven. Hij overleed na een leven waarin hij veelvuldig was gehuldigd, op 77-jarige leeftijd in zijn huis te Karlsberg (Denemarken).