13 feiten over natuurkundige Niels Bohr

Kwantumfysica is misschien niet het meest toegankelijke onderwerp, maar de kans is groot dat je hebt gehoord van enkele van zijn elementaire onderdelen, zoals atomen. In het begin van de 20e eeuw ontdekte de Deense natuurkundige Niels Bohr de fundamentele atomaire structuur - een positief geladen kern omringd door ronddraaiende elektronen - die de basis legde voor hoe we atomen vandaag begrijpen. Hier zijn 13 dingen die je misschien nog niet wist over Bohr.

1. ZIJN VADER IS IN TWEE JAAR DRIE KEER GENOMINEERD VOOR NOBELPRIJZEN.

Niels Bohr, geboren in Kopenhagen in 1885, groeide op in een gezin dat wetenschap hoog in het vaandel had staan. Zijn vader Christian was hoogleraar fysiologie aan de Universiteit van Kopenhagen, en hij ontving vaak collega-wetenschappers bij hem thuis voor levendige discussies. De jonge Niels en zijn twee broers en zussen luisterden vaak mee, wat waarschijnlijk de toekomstige studies van de jonge student inspireerde. Hoewel hij nooit won, werd Christian Bohr genomineerd voor de Nobelprijs door één collega in 1907 en door twee in 1908, allemaal voor zijn onderzoek naar de fysiologie van de ademhaling.

2. NIELS BOHR WAS EEN STERKE STUDENT, MAAR EEN MIDDELMATIGE SCHRIJVER.

Bohr schreef zich op 7-jarige leeftijd in aan de Gammelholm Latin School en deed het goed in al zijn lessen behalve compositie. Volgens het Niels Bohr Instituut van de Universiteit van Kopenhagen heeft hij ooit een essay ingeleverd dat slechts twee zinnen bevatte: 'Een tocht in de haven: mijn broer en ik gingen wandelen in de haven. Daar zagen we schepen landen en vertrekken.'

Maar op de middelbare school corrigeerde hij fouten die hij ontdekte in zijn natuurkundeboeken. Hij blonk uit in het merendeel van zijn studies, en hij studeerde als eerste af in zijn klas. Later in zijn leven schreef hij een aantal filosofische geschriften over natuurkunde, nadat hij zijn jeugdige afkeer van expositie had overwonnen.

3. HIJ VERZET EXPLOSIES IN HET CHEMIELAB VAN ZIJN UNIVERSITEIT.

Bohr begon zijn universitaire studie in 1903 aan dezelfde instelling waar zijn vader in dienst was, de Universiteit van Kopenhagen. Terwijl hij aanvankelijk wiskunde en filosofie studeerde, won hij een natuurkundewedstrijd die werd gesponsord door de Koninklijke Deense Academie van Wetenschappen, en al snel veranderde hij zijn hoofdvak in natuurkunde. Bohr studeerde andere gebieden, waaronder anorganische chemie, misschien minder succesvol: hij verwierf een reputatie voor het veroorzaken van explosies in het laboratorium en brak uiteindelijk een recordhoeveelheid glas op de school. Hij zou echter in 1909 een masterdiploma behalen en in 1911 een doctoraat in de natuurkunde.

4. BOHR IS HET NIET EENS MET DE 'PLUMPUDDING' THEORIE VAN ZIJN PROFESSOR.

Na zijn afstuderen vervolgde Bohr zijn studie aan de universiteit van Cambridge bij J.J. Thomson, die het elektron in 1897 had ontdekt. ​​Thomson had zijn aandacht gericht op kathodestralen, waarvan toen werd aangenomen dat ze deel uitmaakten van de ether - een theoretische, gewichtloze substantie die overal in het universum te vinden is. Maar uiteindelijk stelde hij vast dat de stralen eigenlijk deeltjes waren die nog kleiner waren dan het atoom door aan te tonen dat ze door elektriciteit konden worden afgebogen. Dit bracht Thomson ertoe om de 'pruimenpudding' -structuur van atomen voor te stellen, waarin negatief geladen elektronen zijn ingebed in een bol van positief geladen materie, zoals rozijnen in een Engelse pudding. Bohr zou later de 'pruimenpudding' -structuur tegenspreken met zijn atoommodel.

5. BOHR BEPAALDE DE WARE STRUCTUUR VAN EEN ATOOM IN 1913.

Nadat hij vond dat zijn werk op gespannen voet stond met dat van Thomson, trad Bohr toe tot het Manchester University-lab van Ernest Rutherford, die ook onder Thomson had gestudeerd. Rutherford had de atoomkern ontdekt door een experiment waarbij hij alfadeeltjes op een dunne laag goudfolie schoot. Omdat sommige deeltjes terugkaatsten in plaats van door het goud te gaan, stelde hij vast dat het grootste deel van de massa van het atoom zich in een kleine, centrale kern moet bevinden, met de elektronen eromheen.

hoeveel weegt een wolk?

Dit werd de basis van zijn werk met Bohr. Het paar bestudeerde de structuur van het atoom en Bohr stelde vast dat het model van Rutherford niet helemaal correct moet zijn. Volgens de wetten van de natuurkunde zouden de in een baan om de aarde draaiende elektronen uiteindelijk tegen de kern moeten botsen en het atoom destabiliseren. Bohr paste uiteindelijk het model van Rutherford aan door uit te leggen dat de elektronen die rond een positief geladen kern draaien, tussen energieniveaus kunnen springen, wat de atomen stabiliseert.

6. HIJ OPRICHTER HET KOPENHAGEN INSTITUUT VOOR THEORETISCHE FYSICA.

Op basis van zijn atoomonderzoek nam de Universiteit van Kopenhagen Bohr in 1916, toen hij nog maar 31 jaar oud was, aan als hoogleraar theoretische natuurkunde. Kort daarna begon hij aan te dringen op een nieuw instituut voor zijn vakgebied, dat onderzoekers van over de hele wereld in staat zou stellen om samen te werken met Deense wetenschappers in een ultramoderne faciliteit. Hij kreeg goedkeuring en het instituut werd in 1921 geopend met Bohr als directeur. (Zijn wiskundige broer Harald, een voormalig Olympisch voetballer, zou negen jaar later het naastgelegen wiskundige instituut van de universiteit openen.) In 1965 doopte de universiteit de faciliteit om tot het Niels Bohr Institute, en vandaag werken meer dan 1000 medewerkers en studenten en daar studeren.

7. BOHR WON DE NOBELPRIJS OP HETZELFDE TIJDSTIP - EN OP HETZELFDE VELD - ALS ALBERT EINSTEIN.

Bohr en Einstein waren niet alleen tijdgenoten; het waren goede vrienden die in de loop van tientallen jaren deelnamen aan een reeks gesprekken over natuurkunde, met name tijdens de Solvay-conferenties van 1927 die nu bekend staan ​​als de Bohr-Einstein-debatten. Ze voerden twee zeer verschillende standpunten in met betrekking tot de waarnemingen van elektronen die zich in sommige experimenten als een deeltje gedragen en in andere als een golf, hoewel een elektron niet beide zou moeten kunnen zijn. Bohr theoretiseerde het concept van complementariteit om het fenomeen te verklaren - dat wil zeggen, iets kan twee dingen tegelijk zijn, maar we kunnen slechts één van die dingen tegelijk waarnemen. Bij het vaststellen van een fundamenteel principe van de kwantummechanica voerde Bohr aan dat de waarneming van deeltjes ze tot stand brengt, wat bekend staat als de Kopenhagen-interpretatie.

Einstein daarentegen beweerde dat deeltjes bestaan, of we ze nu actief observeren of niet. (Stel je een zeer complexe versie van de vraag 'als een boom in het bos valt' voor.) Zelfs met hun tegengestelde theorieën kregen beide in 1922 de Nobelprijs voor de natuurkunde: Bohr voor zijn atoommodel en Einstein voor zijn werk aan de foto-elektrisch effect (in plaats van zijn toen controversiële relativiteitstheorie). Dus hoe kregen de twee natuurkundigen in hetzelfde jaar prijzen voor hetzelfde? Einstein kreeg de prijs van 1921 een jaar te laat, vanwege een technisch probleem.

8. BROUWERIJ CARLSBERG GAF BOHR ONBEPERKT GRATIS BIER.

De Deense bierreus Carlsberg, bekend om zijn eigen laboratoria om de studie van de natuurwetenschappen in verband met het brouwen te promoten, nodigde Bohr uit om in zijn ereresidentie te komen wonen, een huis in de buurt van de productiefaciliteiten dat aan een verdienstelijke kunstenaar, wetenschapper of schrijver werd gegeven voor leven. Het had een kraan die rechtstreeks op de brouwerij was aangesloten voor gratis bier. In 1932 trokken Bohr en zijn gezin er in en bleven de volgende 30 jaar.

heeft de Britse koninklijke familie een achternaam?

De zoete onroerendgoeddeal was niet de eerste interactie van Carlsberg met de wetenschapper. De stichting van de brouwerij hielp Bohr zijn onderzoek in Engeland te betalen en financierde het Institute for Theoretical Physics.

9. BOHR HELPEN JOODSE WETENSCHAPPERS TE ONTSNAPPEN AAN DE NAZIS - TOTDAT HIJ OOK MOEST VLUCHTEN.

Toen de nazi's Europa overspoelden op het hoogtepunt van de Tweede Wereldoorlog, hielp Bohr wetenschappers om te ontsnappen aan het regime in Duitsland door hen financiering, laboratoriumruimte en tijdelijke huizen in Kopenhagen te verstrekken. Bohr zelf werd gedwongen te vluchten in 1943 nadat de nazi's zijn land hadden ingehaald - Bohrs moeder was joods en zijn hele familie werd vervolgd. Ze ontvluchtten Denemarken op een vissersboot op weg naar Zweden, waarna Bohr en zijn zoon Aage naar Engeland werden gesmokkeld in de lege baai van een Brits Mosquito-bommenwerpervliegtuig. In Londen overlegde hij met het ultrageclassificeerde programma van de Canadese en Britse regering om kernwapens te ontwikkelen, met de codenaam Tube Alloys.

10. HIJ GEBRUIKTE DE ALIAS 'NICHOLAS BAKER.'

In 1939 hadden Amerikaanse functionarissen vernomen dat Duitsland probeerde een atoombom te bouwen. Vijf jaar later nodigde de Amerikaanse regering Bohr uit om te werken aan het Manhattan Project, het uiterst geheime programma om op uranium en plutonium gebaseerde kernbommen te ontwikkelen met als doel de As-landen te dwingen zich over te geven. Twee jaar lang werkte Bohr samen met Amerikaanse en Britse natuurkundigen in het Los Alamos National Laboratory in New Mexico, met de naam Nicholas Baker als dekmantel. In 1944 schreef hij aan de Britse premier Winston Churchill een voortgangsrapport:

“Wat tot een paar jaar geleden als een fantastische droom kon worden beschouwd, wordt momenteel gerealiseerd in grote laboratoria en enorme productie-installaties die in het geheim zijn gebouwd in enkele van de meest eenzame regio's van de Verenigde Staten. Daar is een grotere groep natuurkundigen dan ooit tevoren verzameld voor een enkel doel, werken ze hand in hand met een heel leger van ingenieurs en technici, bereiden ze nieuwe materialen voor die in staat zijn tot een enorme energieafgifte en ontwikkelen ze ingenieuze apparaten voor het meest effectieve gebruik van deze materialen. […]

“Men kan niet anders dan de situatie te vergelijken met die van de alchemisten van vroeger, tastend in het duister in hun vergeefse pogingen om goud te maken. Tegenwoordig beheersen en sturen natuurkundigen en ingenieurs, op basis van gevestigde kennis, gewelddadige reacties waardoor nieuwe materialen worden opgebouwd die veel kostbaarder zijn dan goud, atoom voor atoom.”

11. BOHR WILDE KERNCENTIE DIE WORDT GEBRUIKT VOOR VREDE.

Hij was een fervent voorstander van het delen van de wetenschap achter kernwapens - een standpunt dat niet werd ingenomen door Amerikaanse en Britse leiders. Toen hij na de oorlog terugkeerde naar Denemarken, richtte Bohr zijn atoomonderzoek op het ontwikkelen van duurzame energie in plaats van wapens. Hij en verschillende collega's richtten in de jaren vijftig Risø op, een onderzoekslaboratorium met een moderne deeltjesversneller voor de ontwikkeling van kernenergie voor vreedzame doeleinden.

Tegelijkertijd was Bohr mede-oprichter van het European Centre for Nuclear Research (CERN), dat de eerste vijf jaar conferenties hield en onderzoek deed aan het Bohr's Institute for Theoretical Physics, voordat hij in 1957 naar Genève, Zwitserland verhuisde. Het centrum herbergt nu de Large Hadron Collider, 's werelds grootste deeltjesversneller, die elektrische velden genereert om de beweging van atomaire deeltjes te versnellen en magneten gebruikt om hun stroom te sturen. De botsingen van de deeltjes onthullen informatie over hun eigenschappen. Met behulp van de Large Hadron Collider observeerde een team van onderzoekers voor het eerst een nieuw type deeltje, het Higgs-deeltje, in 2012.

12. ZIJN ZOON AAGE WON OOK EEN NOBELPRIJS.

Bohrs leven was niet alleen gericht op zijn werk, hij was ook een familieman. Hij trouwde in 1912 met Margrethe Nørlund en ze kregen zes zonen, van wie er vier de volwassen leeftijd overleefden. Zijn zoon Aage zou in de voetsporen van zijn vader treden en niet alleen natuurkundige worden, maar ook directeur van het Instituut voor Theoretische Fysica (na het overlijden van zijn vader in 1962) en winnaar van de Nobelprijs voor de Natuurkunde 1975 voor zijn onderzoek naar de structuur van atoomkernen. De Bohrs zijn een van de zes vader-zoonparen die elk een Nobelprijs hebben gewonnen (professor J.J. Thomson van Niels Bohr en zijn zoon George Paget Thomson zijn een andere).

13. EEN ELEMENT WORDT NAAR HEM GENOEMD.

Bohr heeft na zijn dood nog steeds bijgedragen aan de natuurkunde - in zekere zin. In 1981 slaagden Duitse onderzoekers erin een enkel atoom van element 107 te creëren, isotoop 262, het resultaat van het bombarderen van bismutatomen met chroomatomen. Ze noemden het Bohrium. Het hoogradioactieve element komt niet voor in de natuur en tot nu toe zijn er maar een paar atomen van gemaakt in een laboratorium.

geschiedenis van gemuteerde tienerninjaschildpadden