Niels Henrik David Bohr (Koppenhága, 1885. október 7. – Koppenhága, 1962. november 18.) Nobel-díjas dán fizikus, az atomszerkezet és a kvantummechanika kutatója. 1922-ben elnyerte a fizikai Nobel-díjat, 1938-ban a Magyar Tudományos Akadémia is tiszteleti tagjává választotta.
Származása, családja
Koppenhágában született 1885-ben szülei második gyermekeként (első fiaként). Apja, Christian Bohr 1886-tól a Koppenhágai Egyetem fiziológiaprofesszora volt, a Dán Királyi Tudományos és Irodalmi Akadémia tagja. Anyja, Ellen Adler (Ellen Adler Bohr) egy gazdag, bank- és parlamenti körökben prominensnek számító szefárd zsidó családból jött. Nővére, Jenny Bohr két évvel volt idősebb. Öccse, a két évvel fiatalabb Harald Bohr matematikus, és az olimpiai játékokon is pályára lépő labdarúgó, a dán válogatott tagja volt. Niels is szenvedélyes labdarúgó volt, a két testvér sok meccsen játszott együtt az Akademisk Boldklub színeiben.
Egybehangzó források szerint a fivérek ikrekként szerették egymást. Harald egészében hétköznapi figurának tartotta magát, miközben úgy vélte, hogy a bátyja „színarany” – Niels pedig így emlékezett vissza erre az időszakra:
„Egész fiatalkoromban rendkívül fontos volt számomra a fivérem… Nagyon sok közös volt bennünk. Minden szempontból okosabb volt, mint én.”
Bohrnak és feleségének, Margharetének hat gyermeke született, de a felnőttkort csak négyen érték meg. Közülük hárman kimondottan sikeresek lettek – Aage Niels Bohr apjához hasonlóan elnyerte a fizikai Nobel-díjat (1975-ben, Ben Roy Mottelsonnal megosztva).
Élete, pályafutása
A gyermek Niels gyakran járt apja élettani laboratóriumában (ez egészen közel volt lakásukhoz), és már fiatalon kitanulta a kísérletezés módszertanát.
A középiskola elvégzése után egy ideig Riemann-geometriával foglalkozott, de Riemann filozófiai analógiáit előbb-utóbb túl sematikusnak ítélte, és inkább egy konkrét fizikai probléma felé fordult. Abban az időben a Dán Királyi Tudományos és Irodalmi Akadémia évenként kiadott két éves tanulmányozásra néhány kérdést, és a sikeres megoldásokat arany-, illetve ezüstérmekkel jutalmazta. Az 1905-ös feladvány annak kidolgozása volt, hogyan lehet a különböző folyadékok felületi feszültségét meghatározni a lyukon átömlő folyadék hullámainak mérésével (ilyen hullámokat látunk például a kerti locsolócső fonatos vízsugarában). A meghatározásnak ezt a módszerét eredetileg a Nobel-díjas John William Strutt (lord Rayleigh) javasolta, de senki sem próbálta ki a gyakorlatban.
A pályázatra Bohr mellett még egy fizikusjelölt jelentkezett. Bohr természetesen apja laboratóriumában kezdett kísérletezni, húzott üvegcsöveken átvezetett vízsugarakkal – éjszakánként, mert a több órás kísérleteket a legcsekélyebb rázkódás is megzavarta. Nagyon lassan haladt a munkával – egyrészt, mert folyton újabb, fontosnak érzett részletekre figyelt fel, másrészt mert sok időt el is piszmogott (így például valósággal beleszeretett az üvegtechnikai munkákba, az üvegcsövek vékonyra húzogatásába). Az idő haladtán Christian Bohr felismerte, hogy ezzel a munkatempóval esélye sincs a határidő betartására; ekkor elzavarta fiát a laboratóriumból Naerumgaardba (Koppenhágától északra), a családi birtokra, hogy most aztán meg kell írnia a dolgozatot – annyi adatból, amennyije van. A Niels szokásos problémáival megírt dolgozatot Harald tisztázta le, és a 114 oldalt a határidő napján adták le – majd három nap múlva Bohr csatolt hozzá még egy 14 oldalas kiegészítést, ami „lefelejtődött”. Ez a tanulmány lett Bohr első tudományos dolgozata, amelyben nem csak a víz felületi feszültségét határozta meg, de egyúttal ki is terjesztette lord Rayleigh elméletének érvényét. Teljesítményét az Akadémia aranyéremmel jutalmazta, ami kivételes ritkaság volt ilyen fiatal embernél. E siker hatására kötelezte el magát Bohr végleg a fizika mellett. A dolgozatot a londoni Royal Society elfogadta, és minimális módosításokkal meg is jelentette Philosophical Transactions című periodikájában. bélyegkép|balra|Niels Bohr 1910 körül Emiatt a kitérő miatt két év kihagyással kezdte az egyetemet, ahol annyira kiváló teljesítményt nyújtott, hogy fizikaprofesszora már másodéves hallgató korában tanársegédjeként foglalkoztatta. A kitérő azzal a sajátos következménnyel járt, hogy öccse hamarább kapta meg diplomáját, mint Niels, és annak megvédése után volt ideje arra, hogy bátyja szakdolgozatát letisztázza. Niels témavezetője atyja asztaltársaságának egy másik tagja, Christopher Christiansen lett, és a dolgozat témájaként a fémek elektronelméletének egy részterületét jelölte ki. Ez a téma éppen eléggé érdekelte Bohrt ahhoz, hogy doktori disszertációjának témájául ennek folytatását válassza. Ezzel ez értekezéssel – Tanulmányok a fémek elektronelméletéről (Undersøgelser af elektron teori om metaller) – is az utolsó pillanatban készült el – a változatosság kedvéért ezt anyja kézírásával adta le 1911 januárjának végén.
1911. május 13-án védte meg Ph.D.értekezését a Koppenhágai Egyetemen. A védés meglehetősen formális volt: így például témavezetője, Christiansen kijelentette, hogy aligha akad Dániában bárki, akinek jártassága a dolgozat megítéléséhez elegendő lenne.
Halála előtt nem sokkal apja hozzásegítette Nielset a Carlsberg Alapítvány egy ösztöndíjához, amellyel posztdoktori képzésre egy évre Nagy-Britanniába utazhatott. Cambridge-ben úgy intézte, hogy a Cavendish Laboratóriumban, J. J. Thomsonnál tanulhasson. Előtte a nyarat a család egyik barátjának lányával, a szépséges és okos Margarethe Nørlunddal töltötte (1910-ben ismerkedtek meg), és elutazása előtt eljegyezték egymást. Thomsonnak nem tetszett, hogy a fiatal Bohr nem fogadja el az ő elektronelméletét – különben is, ő addigra már a pozitív sugárzásokkal foglalkozott. Bohrnak is ilyen jellegű feladatot adott – méghozzá olyasmit, amit Bohr egyáltalán nem tartott ígéretesnek. Szakmai perspektívát akkor kezdett látni, amikor az évente megrendezett, decemberi Cavendish-ebédre Cambridge-be érkezett előadónak Ernest Rutherford. Ekkor személyesen még nem beszélgettek, de Rutherford erős személyisége és az általa ismertetett újdonságok, így a ködkamra és az azt kifejlesztő C.T.R. Wilson munkássága erősen hatottak Bohrra. Megkereste apjának egy régi barátját, és megkérte, hogy mutassa be őt Rutherfordnak – ő pedig felülemelkedett az „elméleti fickókkal” szemben érzett előítéletein, és úgy döntött, hogy az ifjú dán tetszik neki. Bohr némi tépelődés után 1912 januárjában megkérte Rutherfordot, hogy nála folytathassa tanulmányait – Rutherford hozzájárult, és Bohr március végétől a Manchesteri Egyetemen (Victoria University of Manchester) folytatta. Itt először egy hat hetes, „Bevezetés a radioaktivitás-kutatás kísérleti módszereibe” című tanfolyamon vett részt – ezen előadott többek közt Hans Geiger és Ernest Marsden is. Életre szóló barátságot kötött Hevesy György radiokémikussal, és hozzálátott az atomszerkezet beható tanulmányozásához. Július végén tért haza Dániába.
1912. augusztus elsején Koppenhágában feleségül vette Margarethe Nørlundot. Oktatott a koppenhágai egyetemen és tovább dolgozott atomszerkezeti modelljén. Amikor novemberben felismerte, hogy a dolgozat túlságosan lassan készül, felhagyott az oktatással, vidékre utazott feleségével, és három részre darabolta a készülő írást. Az atomok és molekulák szerkezetéről című korszakalkotó dolgozat első részét 1913. március 6-án küldte el Rutherfordnak, és még abban az évben elkészült a második és a harmadik résszel (sőt, mindhármat publikálta is). Ezért a munkájáért kapta meg nem egészen egy évtizeddel később a fizikai Nobel-díjat. A dolgozat első része Rutherford határozott közbenjárására, sőt, sürgetésére már 1913 áprilisában megjelent a Philosophical Magazinban.
A harmadik rész megírása után, 1913 nyarán feleségével áthajózott Angliába, hogy a publikálás előtt kikérje Rutherford véleményét. Ekkor ismerkedett meg Henry Moseley-vel, akit ezután erősen inspiráltak Bohr gondolatai. Rutherfordot teljesen fellelkesítette Bohr elképzelése, és ragaszkodott hozzá, hogy az új, kvantált modellt és a színképvonalak helyzetének ebből következő előrejelzéseit a British Association esedékes ülésén mutassa be. (Ugyanezen az ülésen számolt be Francis William Aston arról, hogy sikerült kétféle fajsúlyú neont elkülönítenie úgy, hogy a gázt több ezerszer tajtékkövön áramoltatta át – a kisebb tömegszámú gáz diffúziója statisztikusan egy kissé gyorsabb). Az ülésen Rutherford mindvégig teljes tekintélyével kiállt Bohr új modellje mellett, de annak újszerűsége miatt a tudományos közvélemény még így is óvatosan és bizalmatlanul fogadta; az azt alátámasztó bizonyítékokat elégtelennek ítélték. Az év őszén Harald Bohr azt írta téziseiről bátyjának, hogy a göttingeni fiatalok »… nem merik elhinni, hogy csakugyan igazak lehetnek; úgy vélik, hogy föltételezéseid „vakmerőek” és „fantasztikusak”.« Albert Einstein viszont egyből átlátta a modell valószerűségét, és amikor Hevesy György beszámolt neki arról, hogy az első színképvonalakat már meg is találták a Bohr megjósolta helyeken, kijelentette: „Akkor ez az egyik legnagyobb felfedezés”. Henry Moseley, aki apránként rájött, hogyan készíthet jó felbontású és éles színképfelvételeket, elemek egész sorára igazolta, hogy a vonalak pont ott vannak, ahol Bohr szerint lenniük kell.
1913-ban a Koppenhágai Egyetem docense, majd 1916-ban annak professzora lett. Közben (1914–1916-ban) a Manchesteri Egyetemen adott órákat. 1916-ban fogalmazta meg az úgynevezett korrespondancia-elvet, amely szerint ha a kvantumszámok kellőképp nagyok, a kvantummechanika törvényeinek meg kell egyezniük a klasszikus fizika törvényeivel.
A Carlsberg sörgyár 1920-tól, a dán kormány és Bohr közreműködésével kezdte szervezni az Elméleti Fizikai Intézetet, és Bohr lett az 1921-ben, Koppenhága Blegdamsvej utcájában létrehozott új intézet első igazgatója. 1922-ben elnyerte a fizikai Nobel-díjat az „atomstruktúra és az ebből eredő atomi sugárzás vizsgálatában tett szolgálataiért”. Intézete az 1920-as és 1930-as években az elméleti fizikusok valóságos fókuszpontjává vált; a kor legismertebb elméleti fizikusai mind eltöltöttek nála valamennyi időt. A díj odaítélése után a Carlsberg egy olyan házat ajándékozott Bohrnak, amely közvetlenül a koppenhágai sörfőzdéjük mellett állt. A házat egy cső kötötte össze a főzdével, és Bohr hátralévő életében ingyen ihatta a Carlsberget.Hegyeshalmi Richárd: Nobel-díjat nyert, életre szóló ingyensört kapott Ugyancsak 1922-ben a Koppenhágai Egyetem úgy döntött, Bohrnak nem kell előadásokat tartania, hogy teljesen kutatásaira összpontosíthasson.
Előadásait tanítványa, Hans Kramers (Hendrik Anthony Kramers) vette át, majd tőle egyik leghíresebb diákja, Werner Heisenberg – aki a kvantummechanika fejlődésének egyik kulcsfigurája volt, majd a Harmadik Birodalomban ő lett a német atombombaprogram feje.
A Bohr körül kialakult szellemi műhely világhírű volt. Különösen híresek lettek 1922 nyarán Göttingenben tartott kollokviumai arról, hogy számos, kísőbb világhírűvé vált fizikus ezeken jutott el a kvantummechanika lényegének felismeréséhez. A kvantumelmélet úgynevezett koppenhágai interpretációja vált annak leghatásosabb értelmezésévé; a koppenhágai iskola kutatói nemcsak gyakorlati részproblémákat oldottak meg sikeresen, de magát az elméletet is jelentősen továbbfejlesztették.
1927-ben Comóban ismertette az általa bevezetett komplementaritási elvet, amellyel lényegében a Heisenberg-féle határozatlansági reláció ismeretelméleti formája. Ezt ő maga közérthetővé egyszerűsített módon a következőképp fogalmazta meg: „A részecske és a hullám, mint fogalmak, kiegészítik egymást, miközben ellentmondanak egymásnak: a történés komplementer képei.”
1930-tól főleg az atommag fizikájával foglalkozott, és 1933-ban az ifjú John Archibald Wheelerrel megalkotta a maghasadás úgynevezett folyadékcsepp-modelljét.