Biografía de Niels Henrick David Bohr

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(Niels Henrick David Bohr;
Copenhague, 1885 – 1962) Físico danés. Considerado como una de las figuras más
deslumbrantes de la Física contemporánea y, por sus aportaciones teóricas y sus
trabajos prácticos, como uno de los padres de la bomba atómica, fue galardonado
en 1922 con el Premio Nobel de Física, «por su investigación acerca de la
estructura de los átomos y la radiación que emana de ellos».
Cursó estudios superiores de
Física en la Universidad de Copenhague, donde obtuvo el grado de doctor en
1911. Tras haberse revelado como una firme promesa en el campo de la Física
Nuclear, pasó a Inglaterra para ampliar sus conocimientos en el prestigioso
Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge, bajo la tutela de sir
Joseph John Thomson (1856-1940), químico británico distinguido con el Premio
Nobel en 1906 por sus estudios acerca del paso de la electricidad a través del
interior de los gases, que le habían permitido descubrir la partícula bautizada
luego por Stoney (1826-1911) como electrón.
Niels Bohr
Precisamente al estudio de los
electrones estaba dedicada la tesis doctoral que acababa de leer el joven Bohr
en Copenhague, y que había llevado a territorio británico con la esperanza de
verla traducida al inglés. Pero, comoquiera que Thomson no se mostrara
entusiasmado por el trabajo del científico danés, Bohr decidió abandonar el
Cavendish Laboratory y marcharse a la Universidad de Manchester, donde
aprovechó las enseñanzas de otro premio Nobel, Ernest Rutherford (1871-1937),
para ampliar sus saberes acerca de las radiactividad y los modelos del átomo.
A partir de entonces, entre
ambos científicos se estableció una estrecha colaboración que, sostenida por
firmes lazos de amistad, habría de ser tan duradera como fecunda. Rutherford
había elaborado una teoría del átomo que era totalmente válida en un plano
especulativo, pero que no podía sostenerse dentro de las leyes de la Física
clásica. Borh, en un alarde de audacia que resultaba impredecible en su
carácter tímido y retraído, se atrevió a soslayar estos problemas que
obstaculizaban los progresos de Rutherford con una solución tan sencilla como
arriesgada: afirmó, simplemente, que los movimientos que se daban dentro del
átomo están gobernados por unas leyes ajenas a las de la Física tradicional.
En 1913, Niels Bohr alcanzó
celebridad mundial dentro del ámbito de la Física al publicar una serie de
ensayos en los que revelaba su particular modelo de la estructura del átomo.
Tres años después, el científico danés regresó a su ciudad natal para ocupar
una plaza de profesor de Física Teórica en su antigua alma mater; y, en 1920,
merced al prestigio internacional que había ido adquiriendo por sus estudios y
publicaciones, consiguió las subvenciones necesarias para la fundación del
denominado Instituto Nórdico de Física Teórica (más tarde denominado Instituto
Niels Bohr), cuya dirección asumió desde 1921 hasta la fecha de su muerte
(1962). En muy poco tiempo, este Instituto se erigió, junto a las universidades
alemanas de Munich y Göttingen, en uno de los tres vértices del triángulo
europeo donde se estaban desarrollando las principales investigaciones sobre la
Física del átomo.
En 1922, año en el que Bohr se
consagró definitivamente como científico de renombre universal con la obtención
del Premio Nobel, vino al mundo Aage Niels Bohr (1922), que habría de seguir
los pasos de su padre y colaborar con él en varias investigaciones. Doctorado
también en Física, fue, al igual que su progenitor, profesor universitario de
dicha materia y director del Instituto Nórdico de Física Teórica, y recibió el
Premio Nobel en 1975.
Inmerso en sus investigaciones
sobre el átomo y la Mecánica cuántica, Niels Bohr enunció, en 1923, el
principio de la correspondencia, al que añadió, en 1928, el principio de la
complementariedad. A raíz de esta última aportación se fue constituyendo en
torno a su figura la denominada «escuela de Copenhague de la Mecánica
cuántica», cuyas teorías fueron combatidas ferozmente -bien es verdad que
en vano- por Albert Einstein (1879-1955). A pesar de estas diferencias,
sostenidas siempre en un plano teórico -pues Einstein sólo pudo oponer a las
propuestas de Borh elucubraciones mentales-, el padre de la teoría de la
relatividad reconoció en el físico danés a «uno de los más grandes
investigadores científicos de nuestro tiempo».
En la década de los años
treinta, Niels Bohr pasó largas temporadas en los Estados Unidos de América,
adonde llevó las primeras noticias sobre la fisión nuclear -descubierta en
Berlín, en 1938, por Otto Hahn (1879-1968) y Fritz Strassmann (1902-1980)-, que
habrían de dar lugar a los trabajos de fabricación de armas nucleares de
destrucción masiva. Durante cinco meses, trabajó con J. A. Wheeler en el
Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (Nueva Jersey), y anunció, junto
con su colaborador, que el plutonio habría de ser fisionable, al igual que lo
era el uranio.
De regreso a Dinamarca, fue
elegido presidente de la Real Academia Danesa de Ciencias (1939). Volvió a
instalarse en Copenhague, en donde continuó investigando e impartiendo clases
hasta que, en 1943, a raíz de la ocupación alemana, tuvo que abandonar su país
natal debido a sus orígenes judíos. Su vida y la de los suyos llegaron a estar
tan amenazadas que se vio forzado a embarcar a su familia en un pequeño bote de
pesca y poner rumbo a Suecia. Pocos días después, Bohr se refugió en los
Estados Unidos y, bajo el pseudónimo de Nicholas Baker, empezó a colaborar
activamente en el denominado «Proyecto Manhattan», desarrollado en un
laboratorio de Los Álamos (Nuevo México), cuyo resultado fue la fabricación de
la primera bomba atómica.
Al término de la II Guerra
Mundial (1939-1945), retornó a Dinamarca y volvió a ponerse al frente del
Instituto Nórdico de Física Teórica. A partir de entonces, consciente de las
aplicaciones devastadoras que podían tener sus investigaciones, se dedicó a
convencer a sus colegas de la necesidad de usar los hallazgos de la Física
nuclear con fines útiles y benéficos. Pionero en la organización de simposios y
conferencias internacionales sobre el uso pacífico de la energía atómica, en
1951 publicó y divulgó por todo el mundo un manifiesto firmado por más de un
centenar de científicos eminentes, en el que se afirmaba que los poderes
públicos debían garantizar el empleo de la energía atómica para fines pacíficos.
Por todo ello, en 1957, recibió el premio Átomos para la Paz, convocado por la
Fundación Ford para favorecer las investigaciones científicas encaminadas a la
mejora de la Humanidad.
Director, desde 1953, de la
Organización Europea para Investigación Nuclear, Niels Henrik David Borh
falleció en Copenhague durante el otoño de 1962, a los setenta y siete años de
edad, después de haber dejado impresas algunas obras tan valiosas como Teoría
de los espectros y constitución atómica (1922), Luz y vida (1933), Teoría
atómica y descripción de la naturaleza (1934), El mecanismo de la fisión
nuclear (1939) y Física atómica y conocimiento humano (1958).
El átomo de Bohr 
Las primeras aportaciones
relevantes de Bohr a la Física contemporánea tuvieron lugar en 1913, cuando,
para afrontar los problemas con que había topado su maestro y amigo Rutherford,
afirmó que los movimientos internos que tienen lugar en el átomo están regidos
por leyes particulares, ajenas a las de la Física tradicional. Al hilo de esta
afirmación, Bohr observó también que los electrones, cuando se hallan en
ciertos estados estacionarios, dejan de irradiar energía.
En realidad, Rutherford había
vislumbrado un átomo de hidrógeno conformado por un protón (es decir, una carga
positiva central) y un partícula negativa que giraría alrededor de dicho protón
de un modo semejante al desplazamiento descrito por los planetas en sus órbitas
en torno al sol. Pero esta teoría contravenía las leyes de la Física
tradicional, puesto que, a tenor de lo conocido hasta entonces, una carga
eléctrica en movimiento tenía que irradiar energía, y, por lo tanto, el átomo
no podría ser estable.
Bohr aceptó, en parte, el
modelo de Rutherford, pero lo superó combinándolo con las teorías cuánticas de
Max Planck (1858-1947). En los tres artículos que publicó en el Philosophical
Magazine en 1913, enunció cuatro postulados: 1) Un átomo posee un determinado
número de órbitas estacionarias, en las cuales los electrones no radian ni
absorben energía, aunque estén en movimiento. 2) El electrón gira alrededor de
su núcleo de tal forma que la fuerza centrífuga sirve para equilibrar con
exactitud la atracción electrostática de las cargas opuestas. 3) El momento
angular del electrón en un estado estacionario es un múltiplo de h/2p (donde h
es la constante cuántica universal de Planck).
Según el cuarto postulado,
cuando un electrón pasa de un estado estacionario de más energía a otro de
menos (y, por ende, más cercano al núcleo), la variación de energía se emite en
forma de un cuanto de radiación electromagnética (es decir, un fotón). Y, a la
inversa, un electrón sólo interacciona con un fotón cuya energía le permita
pasar de un estado estacionario a otro de mayor energía. Dicho de otro modo, la
radiación o absorción de energía sólo tiene lugar cuando un electrón pasa de
una órbita de mayor (o menor) energía a otra de menor (o mayor), que se
encuentra más cercana (o alejada) respecto al núcleo. La frecuencia f de la
radiación emitida o absorbida viene determinada por la relación: E1-E2=hf,
donde E1 y E2 son las energías correspondientes a las órbitas de tránsito del
electrón.
Merced a este último y más
complejo postulado, Borh pudo explicar por qué, por ejemplo, los átomos de
hidrógeno ceden distintivas longitudes de onda de luz, que aparecen en el
espectro del hidrógeno como una distribución fija de líneas de luz conocida
como serie de Balmer.
En un principio, esta
estructura del átomo propuesta por Bohr desconcertó a la mayor parte de los
científicos de todo el mundo; pero, a raíz de que su colega y maestro
Rutherford le felicitara efusivamente por estos postulados, numerosos
investigadores del Centro y el Norte de Europa comenzaron a interesarse por las
ideas del físico danés, y algunos de ellos -como James Franck (1882-1964) y
Gustav Hertz (1887-1975)- proporcionaron nuevos datos que confirmaban la
validez del modelo de Bohr. Su teoría se aplicó, en efecto, al estudio del
átomo de hidrógeno, aunque enseguida pudo generalizarse a otros elementos
superiores, gracias a la amplitud y el desarrollo que le proporcionó el trabajo
de Arnold Sommerfeld (1868-1951) -que mejoró el modelo del danés para explicar
la estructura fina del espectro-. De ahí que los postulados lanzados por Bohr
en 1913 puedan considerarse como las bases donde se sustenta la Física nuclear
contemporánea.
Con la formulación de estos
postulados, Niels Borh logró, en efecto, dar una explicación cuantitativa del
espectro del hidrógeno; pero, fundamentalmente, consiguió establecer los
principios de la teoría cuántica del átomo en la forma más clara y concisa
posible. Pero, ante todo, su gran acierto fue señalar que estos principios eran
irracionales desde el punto de vista de la mecánica clásica, y advertir que
requerían una nueva limitación en el uso de los conceptos ordinarios de
causalidad.
Para fijar las circunstancias
en que debían concordar la mecánica clásica y las nuevas teorías de la mecánica
cuántica, Borh estableció en 1923 el denominado principio de correspondencia,
en virtud del cual la Mecánica cuántica debe tender hacia la teoría de la
Física tradicional al ocuparse de los fenómenos macroscópicos (o, dicho de otro
modo, siempre que las constantes cuánticas llegue a ser despreciables).
Sirviéndose de este principio,
Bohr y sus colaboradores -entre los que se contaba el joven Werner Karl
Heisenberg (1901-1976), otro futuro premio Nobel de Física- trazaron un cuadro
aproximado de la estructura de los átomos que poseen numerosos electrones; y
consiguieron otros logros como explicar la naturaleza de los rayos X, los
fenómenos de la absorción y emisión de luz por parte de los átomos, y la
variación periódica en el comportamiento químico de los elementos.
En 1925, su ayudante
Heisenberg enunció el principio de indeterminación o de incertidumbre, según el
cual era utópica la idea de poder alcanzar, en el campo de la microfísica, un
conocimiento pleno de la realidad de la Naturaleza en sí misma o de alguna de
las cosas que la componen, ya que los instrumentos empleados en la
experimentación son objetos naturales sometidos a las leyes de la física
tradicional.
La formulación de este
luminoso principio de Heisenberg sugirió, a su vez, a Bohr un nuevo precepto:
el principio de complementariedad de la Mecánica cuántica. Partiendo de la
dualidad onda-partícula recientemente enunciada por el joven Louis de Broglie
(1892-1987) -es decir, de la constatación de que la luz y los electrones actúan
unas veces como ondas y otras como partículas-, Bohr afirmó que, en ambos
casos, ni las propiedades de la luz ni las de los electrones pueden observarse
simultáneamente, por más que sean complementarias entre sí y necesarias para
una interpretación correcta.
En otras palabras, el
principio de complementariedad expresa que no existe una separación rígida
entre los objetos atómicos y los instrumentos que miden su comportamiento.
Ambos son, en opinión de Bohr, complementarios: elementos de diversas
categorías, incluyendo fenómenos pertenecientes a un mismo sistema atómico,
pero sólo reconocibles en situaciones experimentales físicamente incompatibles.
Siguiendo este razonamiento,
Bohr también consideró que eran complementarias ciertas descripciones,
generalmente causales y espacio-temporales, así como a ciertas propiedades
físicas como la posición y el momento precisos. En su valioso ensayo titulado
Luz y vida (1933), el científico danés, dando una buena muestra de sus
singulares dotes para la especulación filosófica, analizó las implicaciones
humanas de este principio de complementariedad.
En la década de los años
treinta, el creciente interés de todos los científicos occidentales por el
estudio del interior del núcleo del átomo -con abundante experimentación al
respecto- llevó a Bohr al estudio detallado de los problemas surgidos al tratar
de interpretar los nuevos conocimientos adquiridos de forma tan repentina por
la Física atómica. Fue así como concibió su propio modelo de núcleo, al que
comparó con una gota líquida, y propuso la teoría de los fenómenos de
desintegración nuclear. Con ello estaba sentando las bases de la fisión
nuclear, que acabaría dando lugar al más poderoso instrumento de exterminio
concebido hasta entonces por el ser humano: la bomba atómica.
Bohr no llegó, empero, en
primer lugar al hallazgo de la fisión nuclear, conseguida por vez primera -como
ya se ha indicado más arriba- por Otto Hahn y Fritz Strassmann, en el Berlín de
1938. El 15 de enero de 1939 llevó las primeras nuevas de este logro científico
a los Estados Unidos de América, en donde demostró que el isótopo 235 del
uranio es el responsable de la mayor parte de las fisiones. Durante este
fructífero período de colaboración, en el Instituto de Estudios Avanzados de
Princeton (Nueva Jersey), con J. A. Wheeler, esbozó una nueva teoría del
mecanismo de fisión, según la cual el elemento 94 -es decir, el plutonio, que
no habría de ser obtenido hasta un año después por Glenn Theodore Seaborg
(1912-1999)-, tendría, el proceso de fisión nuclear, idéntico comportamiento al
observado en el U-235.
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