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Juan Leyva

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BOHR


Niels Henrik David Bohr (Copenhague, Dinamarca; 7 de octubre de 1885 – ibídem; 18 de noviembre de 1962) fue un físico danés que realizó fundamentales contribuciones para la comprensión de la estructura del átomoy la mecánica cuántica.

 

Los padres de Niels Bohr se llamaban Christian Bohr y Ellen Adler. En 1880 la Universidad de Copenhague otorgó el doctorado en Fisiología a Christian Bohr y en 1881 se convirtió en Profesor Adjunto de la universidad. A finales de ese año contrajo nupcias con Ellen, quien era hija de David Adler, político judío de alta posición en la vida política y comercial de Dinamarca. Christian y Ellen tuvieron tres hijos. La mayor era Jenny, quien nació en 1883 en la mansión que pertenecía a David Adler frente al Castillo Christianborg, en donde se ubicaba el Parlamento Danés. La madre de Ellen continuó viviendo en esta casa después de que su esposo falleciera en 1878; Ellen regresó ahí para dar a luz a su primera hija. Dos años más tarde nació Niels en el cumpleaños número 25 de su madre en la misma majestuosa casa, al haber regresado Ellen nuevamente ahí para este acontecimiento. El tercer hijo de la familia, quien después se convertiría en un famoso matemático, fue Harald Bohr, quien era dos años menor que Niels.

 

Cuando Niels tenía sólo unos cuantos meses de nacido su padre fue nombrado conferencista para cubrir la vacante que quedó tras el fallecimiento de Peter Panum, catedrático de fisiología en la Universidad de Copenhague. Después de un corto espacio de tiempo la familia se mudó a la casa de catedráticos que habitara Panum en Copenhague.

 

Kennedy escribe : "Niels, Harald y su hermana mayor Jenny, crecieron en un hogar culto y estimulante. Desde su tierna infancia estuvieron expuestos a un mundo de ideas y debate, de puntos vista conflictivos analizados racional y afablemente, desarrollando respeto por todos aquellos que buscan una comprensión y conocimientos más profundos"

 

En octubre de 1891 Niels entró a la escuela Grammelholms, al igual que después hiciera su hermano Harald, hasta completar su educación secundaria, presentando sus exámenes finales en 1903. Fue un buen estudiante pero nunca el más brillante, ocupando por lo general el tercer o cuarto lugar de la clase en un grupo de aproximadamente 20 estudiantes. Si realmente destacó en alguna materia, ésta era, quizás sorprendentemente, educación física. Fue un excelente jugador de balompié, pero no tan bueno como su hermano Harald, quien ganó una medalla de plata para Dinamarca jugando este deporte. Niels entabló buena amistad con algunos de sus compañeros de escuela pero su mejor amigo durante toda su vida fue su hermano Harald.

 

Durante sus dos últimos años de escuela Niels se especializó en matemáticas y en física. Existen ciertamente algunas pruebas de que él pronto advirtió que su maestro de matemáticas no tenía tan buenos conocimientos en la materia como debería y que éste se había vuelto un tanto temeroso de su excepcional alumno Bohr. También en física Bohr estudiaba textos con antelación a su clase encontrando errores en ellos. Más que sus maestros de escuela, fue su padre quien lo inspiró en sus estudios de matemáticas y física. En 1882 escribió: "Mi interés en el estudio de la física se despertó mientras me encontraba todavía en la escuela, debido en gran parte a la influencia de mi padre"

  

En 1903 Bohr se matriculó en la Universidad de Copenhague en la cual realizó sus estudios. Estudió física como materia principal pero también cursó matemáticas, astronomía y química como materias secundarias. Christian Christiansen fue su profesor de física y Harald Hoffding el de filosofía. Bohr conocía a ambos desde hacía muchos años ya que eran amigos íntimos de su padre. Los había conocido porque formaban parte de un grupo regular de debate al que ambos hermanos, Niels y Harald, comenzaron a asistir tan pronto como tuvieron la edad suficiente para aportar algo al grupo. Su profesor de matemáticas en la universidad fue Thorvald Thiele.

 

Ya que no había laboratorio en la universidad, Bohr no pudo llevar a cabo experimentos de física ahí. Sin embargo, su padre contaba con un laboratorio de fisiología y su primer manuscrito describe el trabajo experimental en física que realizó en ese laboratorio. Él dictó el manuscrito a su hermano Harald. Un compañero de estudios escribió acerca de Niels y Harald: "Los dos son inseparables. Nunca he conocido a personas tan allegadas como ellos"

 

Este manuscrito de Bohr es el único que describe los experimentos que había realizado. Éste le valió la Medalla de Oro de la Real Academia Danesa de las Ciencias en 1906 por su análisis de las vibraciones de los chorros de agua como medio para determinar la tensión superficial. Obtuvo su grado de Maestría de la Universidad de Copenhague en 1909 y su Doctorado en mayo de 1911 por una tesis titulada 'Estudios sobre la teoría electrónica de los metales'. Se trataba de una tesis basada en física clásica y como tal, forzosamente falló en explicar ciertos efectos. Bohr escribió en este trabajo: "En la etapa actual del desarrollo de la teoría del electrón, no parece posible explicar las propiedades magnéticas de los cuerpos a partir de esta teoría"

 

Bohr dedicó esta tesis a la memoria de su padre quien había fallecido de un ataque al corazón unos meses antes, en febrero de 1911. Para entonces Bohr estaba comprometido en matrimonio con Margrethe Norlund. La pareja contrajo nupcias el 1º de agosto de 1912. Después de la muerte de Bohr, Richard Courant habló de la siguiente forma acerca de su matrimonio: "Algunas personas han especulado acerca de las afortunadas circunstancias que se  combinaron para que Niels fuera tan exitoso. Yo creo que los ingredientes de su vida no fueron cuestión de suerte ni mucho menos, sino que estuvieron profundamente arraigados en la estructura de su personalidad. No se trataba de suerte, sino de profundo conocimiento, lo cual le llevó a encontrar en sus años juveniles a su esposa, quien, como todos sabemos, tuvo un papel tan decisivo en hacer toda su actividad científica y personal posible y armoniosa."

 

En mayo de 1911 Bohr solicitó a la Fundación Carlsberg una beca para estudiar en el extranjero y después de que se la hubieren concedido, viajó a Inglaterra en septiembre del mismo año para estudiar con Sir Joseph John Thomson en Cambridge. Su intención había sido pasar todo el período de estudio en Cambridge, pero no consiguió llevarse bien con Thomson así que, después de una reunión con Ernest Rutherford en Cambridge en diciembre del mismo año, Bohr se trasladó a la Universidad Victoria, en Manchester (ahora la Universidad de Manchester) en marzo de 1912. La coincidencia de los hechos fue muy fortuita ya que poco antes de que Bohr y Rutherford se conocieran, Rutherford había publicado un trabajo de importancia fundamental que demostraba que el volumen de la masa de un átomo residía en el núcleo.

 

En Manchester, Bohr trabajó con el grupo de Rutherford en la estructura del átomo. Rutherford se convirtió en el modelo de conducta a seguir de Bohr, tanto por sus cualidades personales como científicas. Utilizando las ideas acerca del quántum1 que desarrollaron Planck y Einstein, Bohr conjeturó que un átomo sólo podría existir en un conjunto discreto de estados de energía estacionarios. Hoy en día existen pruebas extraordinarias del progreso científico de Bohr ya que mantenía frecuente contacto por correspondencia con su hermano Harald. En una carta dirigida a Harald el 12 de junio de 1912 escribió: "Ya te imaginarás lo bueno que es estar aquí, donde hay tantas personas con las que hablar... y hacerlo con quienes más saben de estas cosas; además el profesor Rutherford muestra un vivo interés por todo aquello en lo que él cree que se pueda profundizar. En los últimos años él ha elaborado una teoría acerca de la estructura de los átomos, la cual parece estar bastante más firmemente cimentada que cualquiera otra que haya existido hasta ahora"

 

Una semana después de escribir esta carta, el 19 de junio, Bohr informaba acerca del progreso a Harald: "Quizás he descubierto algo acerca de la estructura de los átomos. No lo menciones a nadie, ya que de otra forma no podría escribirte acerca de esto tan pronto... Tú sabes, todavía puedo estar equivocado; ya que la teoría no ha sido elaborada totalmente hasta ahora (pero no creo que esté mal)... Créeme, estoy ansioso por concluirla rápidamente y por eso he tomado un par de días de vacaciones fuera del laboratorio (éste también es un secreto)"

 

El 13 julio escribió: "Todo parece estar yendo bastante bien, ya que pienso que he descubierto algunas cosas; pero tengo que asegurarme. No he sido tan rápido en elaborarlas como tan tontamente pensé. Espero tener un pequeño manuscrito listo y mostrarlo a Rutherford antes de irme, y por consiguiente estoy tan, tan ocupado"

 

Aunque Rutherford y Bohr tenían personalidades completamente distintas, compartían un enorme entusiasmo por la física y también se guardaban un afecto mutuo. Sin embargo la relación nunca fue realmente una de amigos allegados ya que Bohr siempre consideró a Rutherford como su maestro. Mantuvieron correspondencia desde que se conocieron en 1911 hasta el fallecimiento de Rutherford en 1937.

 

El 24 de julio de 1912 Bohr dejó el grupo de Rutherford en Manchester sin haber finalizado su manuscrito todavía y retornó a Copenhague para continuar desarrollando su nueva teoría acerca del átomo, completando el trabajo en 1913. Ese mismo año publicó tres manuscritos de importancia fundamental en la teoría de la estructura atómica. El primer manuscrito trataba acerca del átomo de hidrógeno, los dos siguientes sobre la estructura de átomos más pesados que el hidrógeno. En estos manuscritos Bohr :"... expuso su extraordinario esfuerzo por combinar aspectos de la física clásica con el concepto del cuanto de acción de Planck.Los tres célebres manuscritos  cimentaron la temprana reputación de Bohr. Aunque su trabajo no fue inmediatamente aceptado por todos, intrigó a sus contemporáneos y los concientizó acerca de la necesidad de crear una nueva forma de describir los eventos a nivel atómico. Pese a que el átomo de Bohr ha sido desbancado científicamente, persiste aun hoy en día en las mentes de mucha gente como símbolo e imagen vívida del mundo atómico y de la física.

 

En julio de 1913 Bohr fue designado Profesor Adjunto2 en Copenhague. Sin embargo, no se encontraba satisfecho con esta situación debido a que no le era posible proseguir con el estilo de física matemática que estaba desarrollando. El 10 de marzo de 1914 escribió al Departamento de Asuntos Educativos: "El suscrito se toma la libertad de solicitar al departamento que se promueva la fundación de una cátedra en física teórica en la universidad, y, además, de ser posible, que se me encomiende el puesto de catedrático en la materia"

 

Fue una acción intrépida pero la ya alta reputación de Bohr significaba que debería tomársele seriamente. La Facultad de la Universidad lo recomendó para la cátedra de física teórica pero el Departamento de Asuntos Educativos decidió demorar la confirmación del puesto. Por supuesto que 1914 era una época incierta y Bohr se dio cuenta de que una decisión rápida no era probable. Por consiguiente aceptó encantado una oferta de Rutherford para unirse a su grupo en Manchester como profesor adjunto. Sus planes eran estar en Manchester por un año, en espera de que su puesto como catedrático en física teórica en Copenhague le fuera confirmado para entonces. Su retorno a Manchester se volvió sumamente difícil: la Primera Guerra Mundial estalló mientras se encontraba de vacaciones en el Tirol antes de su viaje a Manchester. Llegó por fin en octubre de 1914 acompañado de su esposa después de haber circunnavegado el norte de Escocia a través de severas tormentas en su ruta.

 

Bohr estuvo en Manchester por más tiempo de lo que esperaba ya que su cátedra no fue confirmada sino hasta abril de 1916. Sin embargo, fue un período muy productivo y feliz.

 

A comienzos del verano de 1916 Bohr y su esposa regresaron a Dinamarca. Cuatro años antes Bohr había partido de Manchester lleno de ideas cargadas de entusiasmo acerca del átomo pero todavía sin asimilar. Ahora salía como un experto en la materia, como catedrático y al lado de su esposa, quien esperaba su primer hijo.

 

En 1917, Bohr fue elegido como miembro de la Academia Danesa de Ciencias y comenzó a planear la fundación de un Instituto de Física Teórica en Copenhague, el cual fue prácticamente creado para él. A partir de su inauguración en 1921 Bohr asumió el puesto de director, puesto que mantuvo hasta el final de su vida : El Instituto pronto se convirtió en una Meca para los físicos teóricos de todo el mundo y después de 1933 en un refugio para muchos buenos científicos que habían huido de la Alemania Hitleriana. Su centro social era la mansión Gamle Carlsberg, donada a la nación por el fundador de la famosa cervecería y puesta a la disposición de Niels Bohr en 1932. Aquí, bajo el cuidado maternal de la hermosa esposa de Bohr, Margrethe, estudiantes y eruditos de todas las naciones se reunían para comer, conversar y escuchar música, y a menudo para sentarse literalmente a los pies de Bohr, tratando de comprender sus estimulantes observaciones, comentarios sutiles y discretas bromas, en su suave tono de voz danés.

 

Bohr es más conocido por las investigaciones sobre la estructura atómica referidas anterioridad y también por su trabajo sobre la radiación que le valió el Premio Nóbel de física en 1922. Ofreció una conferencia sobre el trabajo por el cual se le otorgó el Premio el 11 de diciembre de 1922 en Estocolmo. Habló sobre la estabilidad atómica y la teoría de la electrodinámica dando una interpretación sobre los orígenes de teoría cuántica, el espectro del hidrógeno, explicando las relaciones entre los elementos. Su explicación cubría la absorción y la excitación de las líneas espectrales y el principio de correspondencia que había expuesto en tres manuscritos en Sobre la teoría cuántica de los espectros entre 1918 y 1922.

 

En 1923 Bohr resumió sus ideas: "A pesar de la desviación fundamental de las ideas sobre mecánica y electrodinámica involucradas en estos postulados, de las teorías clásicas, ha sido posible trazar una conexión entre la radiación emitida por el átomo y el movimiento de las partículas, lo cual pone de manifiesto una analogía de largo alcance en comparación con lo postulado por las ideas clásicas del origen de la radiación"

 

Podría decirse que la mecánica cuántica nació en 1925; dos años más tarde Heisenberg postuló el principio de incertidumbre. En septiembre de 1927 en una reunión en Como, en el norte de Italia, Bohr postuló el principio de complementariedad que dio una interpretación física a las relaciones de incertidumbre de Heisenberg. Bohr propuso la complementariedad de las percepciones e ideas, de partículas-ondas, de variables conjugadas, de la evolución cuántica, de las medidas clásicas etc., como una interpretación esencialmente nueva de los fundamentos de la teoría cuántica.

 


Bohr pensaba que su idea de la complementariedad podría jugar un papel importante en otros campos fuera de la física cuántica y trabajó en estas ideas a lo largo de su vida. Él consideró su utilidad en aplicaciones tales como la biología, la psicología y la epistemología. Se ha sugerido que la idea de la complementariedad provino independientemente de la física y algunos sostienen que Bohr estructuró los fundamentos de la idea durante los debates con su padre, Christiansen y el filósofo Hoffding en sus años escolares. Otros, como Pais en [13], ofrecen argumentos convincentes para demostrar que Bohr no se había dejado influenciar deliberadamente por la filosofía de Hoffding.

 

La visión de la teoría cuántica de Bohr fue la que sería aceptada en el futuro. Einstein expresó graves dudas sobre la interpretación de Bohr, y éste último, Einstein y Ehrenfest pasaron muchas horas en profundo debate, pero la visión de Bohr prevaleció. Bohr expresó esta visión aseverando: "Las pruebas obtenidas bajo distintas condiciones experimentales no pueden comprenderse dentro de un solo marco, sino que deben considerarse como complementarias en el sentido de que sólo la totalidad de los fenómenos agota la posible información acerca de los objetos"

 

H. B. G. Casimir escribió una descripción acerca de lo que era trabajar con Bohr en su Instituto: "Incluso Bohr, quien se concentraba más intensamente y poseía más resistencia que cualquiera de nosotros, buscaba relajación llenando crucigramas, haciendo deportes y en pláticas jocosas"

 

Otras contribuciones importantes de Bohr, además de la teoría cuántica, incluyen su descripción teórica de la tabla periódica de los elementos de alrededor de 1920, su teoría acerca de que el núcleo atómico es una estructura compuesta, en 1936, y su entendimiento acerca de la fisión del uranio en función del isótopo 235 en 1939.

 

En 1937 Bohr, su esposa y su hijo Hans realizaron un viaje alrededor del mundo. Viajaron a los Estados Unidos, Japón, China y la Unión Soviética. En el mismo año asistió al funeral de Rutherford en la Abadía de Westminster en Londres, pronunciando un emotivo discurso: "La primera vez que tuve el privilegio de trabajar bajo su guía personal, él ya era un físico del más alto renombre, pero no obstante él era, y siempre continuó siendo, receptivo para escuchar lo que un joven traía en su mente.  Su recuerdo siempre será una fuente invaluable de estímulo y fortaleza para nosotros"

 

Aunque Bohr había sido bautizado en la Iglesia Cristiana, era de origen judío por el lado materno, así que, cuando los nazis ocuparon Dinamarca en 1940, su vida se volvió extremadamente difícil. Le ayudaron a escapar en 1943 hacia Suecia en un bote pesquero. De allí voló hacia Inglaterra donde comenzó a trabajar en el proyecto para hacer una bomba de fisión nuclear. Después de unos meses se unió al equipo de investigación británico en Los Álamos, en los Estados Unidos, en donde continuaron trabajando en el proyecto.

 

Sin embargo, Bohr se encontraba profundamente preocupado acerca del control de las armas nucleares y a partir de 1944 intentó persuadir a Churchill y a Roosevelt sobre la necesidad de una cooperación internacional. En 1950 escribió una carta pública a las Naciones Unidas abogando por políticas atómicas racionales y pacíficas: "La humanidad se verá confrontada con peligros de carácter sin precedente a menos que, a su debido tiempo, puedan tomarse medidas para anticiparse a una competencia desastrosa con tan formidables armamentos y establecer un control internacional de fabricación y uso de materiales potentes"

 

El hijo de Bohr, Aage, también se convirtió en físico y compartió el premio Nóbel de Física en 1975. (Éste es sólo un ejemplo de científicos famosos en la misma familia. Otros son: los Van Vlecks, los Braggs y Madame Curie y su hija Irene Joliot.)

 

Bohr recibió el primer premio estadounidense Átomos para la Paz, en 1957. Su deceso ocurrió en 1962 debido a un ataque cardíaco estando en su casa. Después de este acontecimiento, científicos y figuras principales a nivel mundial se unieron para rendirle homenaje. El Presidente Kennedy escribió: "Los científicos americanos, de hecho todos los ciudadanos americanos que conocieron el nombre del Doctor Bohr y sus grandes aportaciones, lo han respetado y venerado por más de dos generaciones"