Niels Bohr

Niels Henrik David Bohr (7. lokakuuta 1885 Kööpenhamina – 18. marraskuuta 1962 Kööpenhamina) oli tanskalainen fyysikko. Bohr tunnetaan erityisesti yhtenä merkittävimmistä kvanttimekaniikan ja nykyaikaisen atomimallin kehittäjänä. Bohr sai vuonna 1922 Nobelin fysiikanpalkinnon juuri atomin rakenteen selvittämisestä. Bohr osallistui niin sanottuun Manhattan-projektiin, jossa Yhdysvaltojen tavoite oli kehittää ydinase. Niels Bohrin pojalle Aage Niels Bohrille on myös myönnetty Nobelin fysiikanpalkinto.

Elämä

Nuoruusvuodet 
Christian Bohr, Niels Bohrin isä, oli fysiologian professori Kööpenhaminan yliopistossa, ja hänestä tuli vuonna 1881 yliopiston dosentti. Myöhemmin samana vuonna hän meni naimisiin Ellen Adlerin kanssa. Adlerin isä oli arvostettu tanskalainen poliitikko, ja Adlerit olivat tunnettuja politiikassa sekä pankkimaailmassa. Christian ja Ellen Bohr saivat yhteensä kolme lasta. Jenny syntyi 1883, Niels 1885 ja Harald 1887.

Bohrin ollessa viisi kuukautta vanha Kööpenhaminan yliopiston professori Peter Panum kuoli ja Christian Bohr lupautui Panumin tilalle luennoitsijaksi. Bohrin perhe muutti siksi yliopiston omistamaan asuntoon, jossa Panum oli aiemmin asunut.

Niels Bohr aloitti lokakuussa 1891 koulunsa Gammelholmissa; samaa koulua kävi myös hänen veljensä. Bohr kirjoitti ylioppilaaksi vuonna 1903. Hän menestyi hyvin koulussa, erityisesti liikunnassa. Bohr oli veljensä tavoin hyvä jalkapalloilija, veljekset edustivat yhdessä Akademisk Boldklub-seuraa, Niels maalivahtina pelaten. Viimeisinä kouluvuosina hän kunnostautui erityisesti matematiikassa ja fysiikassa, joita hänen isänsä innoitti myös opiskelemaan. Bohr aloitti 1903 opiskelut Kööpenhaminan yliopistossa, jossa hän luki fysiikkaa pääaineenaan ja sivuaineinaan matematiikkaa, tähtitiedettä ja kemiaa. Fysiikkaa hänelle opetti Christian Christiansen ja filosofiaa Harald Høffding. Molemmat Bohr oli tuntenut jo pitkään isänsä kautta. Matematiikkaa hänelle opetti Thorvald Thiele.

Bohr sai tohtorinarvon Kööpenhaminan yliopistolta vuonna 1911. Bohr meni naimisiin Margrethe Nørlundin kanssa 1. elokuuta 1912. Tohtoriksi väiteltyään hän matkusti Englantiin, missä opiskeli J. J. Thomsonin opastuksella. Bohr ja Thomson eivät kuitenkaan tulleet kovinkaan hyvin toimeen. Tavattuaan Ernest Rutherfordin Cambridgessä joulukuussa 1911 Bohr päätti opiskella hänen ohjauksessaan. Hän vaihtoi maaliskuussa 1912 Victorian yliopistoon, joka tunnetaan nykyään Manchesterin yliopistona. Rutherfordin teorioiden pohjalta Bohr julkaisi 1913 mallinsa atomin rakenteesta.

Keski-ikä 

Tanskan kuninkaallinen tiedeakatemia valitsi 1917 Bohrin Kööpenhaminan yliopiston professoriksi ja vastikään häntä varten perustetun Teoreettisen fysiikan instituutin johtajaksi vuonna 1921. Paikkansa Kööpenhaminassa hän piti loppuelämänsä. Vuonna 1922 hänelle myönnettiin Nobelin fysiikanpalkinto kvanttimekaniikan Kööpenhaminan tulkinnan ja atomimallinsa kehittämisestä, josta hänet tunnetaan kaikkein parhaiten. Bohr puhui 11. joulukuuta 1922 palkintojakotilaisuudessa pitämässään luennossa sähködynamiikasta ja atomin stabiilisuudesta.

Bohr keksi myös komplementaarisuuden periaatteen ja julkisti sen 1927 Italian Comossa pidetyssä konferenssissa. Bohrin mukaan olioilla voidaan eri tilanteissa analysoida olevan ristiriitaisia ominaisuuksia. Fyysikot ovat tulleet siihen tulokseen, että valolla on sekä aalto- että hiukkasominaisuuksia – kaksi ilmeisesti toisensa poissulkevaa ominaisuutta. Bohr löysi myös filosofisia sovelluskohteita tälle rohkean omaperäiselle periaatteelle. Bohr sai vaikutteita filosofi Søren Kierkegaardilta, jonka ajatuksia esitettiin Bohrin kvanttiteoriassa. Albert Einstein piti klassisen fysiikan determinististä luonnetta Bohrin ja Max Planckin kehittämää todennäköisyyteen pohjautuvaa kvanttimekaanista fysiikkaa parempana tapana kuvata fysikaalista todellisuutta. Einsteinilla ja Bohrilla oli sävyisiä väittelyitä tästä periaatteesta, joka huipentui EPR-paradoksiin. Yksi Bohrin kuuluisimmista oppilaista oli Werner Heisenberg, joka oli Bohrin ohella tärkeä henkilö kvanttimekaniikan kehittämisessä. Toinen kuuluisa oppilas oli neuvostoliittolainen Lev Landau.

Niels Bohrilla ja hänen vaimollaan Margrethellä oli kuusi lasta. Aage Niels Bohrista tuli hyvin menestynyt fyysikko, ja hän sai Nobel-palkinnon kuten isänsäkin. Kaksi lasta kuoli jo nuorina, mutta muut menestyivät eri ammateissa: lääkärinä, kemistinä ja juristina.

Myöhemmät vuodet 

Toisessa maailmansodassa Neuvostoliiton hyökättyä Suomeen 1939 Bohr lahjoitti kultaisen Nobel-mitalinsa yhdysvaltalaisen Finnish Relief Fund -avustusjärjestön huutokauppaan. Mitalin anonyymi ostaja lopulta lahjoitti sen Tanskan Kansallismuseolle. Natsi-Saksan miehittäessä Tanskaa vuonna 1941 Werner Heisenberg vieraili Bohrin luona Kööpenhaminassa. Vähän ennen kuin Gestapo ehti pidättää hänet, Bohr pakeni 1943 Ruotsin kautta Britanniaan.

Bohr työskenteli Yhdysvalloissa Los Alamosin laboratoriossa New Mexicossa Manhattan-projektissa, jossa fyysikko Richard Feynmanin mukaan hänet tunnettiin Nicholas Bakerina ilmeisistä turvallisuussyistä. Hänen panoksensa Manhattan-projektissa oli varsin pieni. Hänen on sanottu tokaisseen: ”Tämän takia tulin Amerikkaan; he eivät tarvinneet apuani atomipommin tekoon.” Häntä pidettiin tietoviisaana konsulttina tai projektin ”rippi-isänä”. Sodan jälkeen hän palasi Kööpenhaminaan ja puhui rauhanomaisen ydinenergian käytön puolesta. Bohr kuoli sydänkohtaukseen Kööpenhaminassa vuonna 1962, ja hänet haudattiin Assistensin hautausmaalle Nørrebron alueelle Kööpenhaminaan.

Alkuaine bohrium nimettiin hänen kunniakseen vuonna 1997. Asteroidi 3948 Bohr on nimetty Bohrin mukaan.

Suhteet Heisenbergiin 
Heisenberg väitti sodanjälkeen tehdyssä haastattelussa Robert Jungkin kirjaa Tuhansia aurinkoja kirkkaampi varten, että hän oli yrittänyt saada Bohrin kanssa tehtyä sopimuksen, etteivät tiedemiehet kummallakaan puolella auttaisi kehittämään atomipommia. Heisenberg väitti myös, että atomitutkimuksissa Saksan ponnistelut kohdistuivat puhtaasti energiantuotantoon ja että hänen kollegansa yrittivät pysyä tällä tiellä. Heisenberg vältti kuitenkin antamasta käsitystä, että hän kollegoineen olisivat tahallaan sabotoineet pomminrakennuspyrkimyksiä. Tämä käsitys ei näkynyt Jungkin kirjan alkuperäisessä julkaisussa, joka väitti vahvasti, että Heisenberg oli tehnyt Saksan atomipommiprojektin tehottomaksi.

Kun Bohr näki tämän Jungkin kirjan tanskankielisessä painoksessa, hän oli asiasta jyrkästi eri mieltä. Hän sanoi Heisenbergin nimenomaan kertoneen hänelle Kööpenhaminassa, että hän työskenteli Saksan atomipommiprojektissa ja uskoi Saksan voittavan sodan. Hän torjui myös ajatuksen mistään tiedemiesten välisistä sopimuksista. Ilmeinen mielipide-ero Heisenbergin kanssa vaivasi suuresti Bohria, ja hän luonnosteli useita kirjeitä Heisenbergille, mutta ei koskaan postittanut niitä.

Michael Fraynin näytelmä Kööpenhamina, jota esitettiin jonkin aikaa Broadwayllä, tutkii mitä olisi saattanut tapahtua Heisenbergin ja Bohrin välillä vuoden 1941 Kööpenhaminan tapaamisessa. Näytelmän pohjalta tehtiin elokuva, jonka ohjasi Howard Davies ja jossa Bohria esittä Stephen Rea. Näytelmää on esitetty myös Helsingissä entisen fysiikan opiskelijan Neil Hardwickin ohjauksena. Totuus tuosta historiallisesta tapahtumasta on vieläkin tieteellisen väittelyn aiheena.

Bohrin saavutukset fysiikassa 
 Bohrin malli atomin rakenteesta (1913).
 Hypoteesi, jonka mukaan elektroni voi siirtyä korkeammalta energiatasolta alemmalle, lähettäen fotonin (valokvantti), jolla on tietty tarkka energia. (Tästä tuli kvanttiteorian perusta.)
 Hypoteesi, jonka mukaan elektronit kiertävät elektronikuorilla atomiydintä siten, että sen kemialliset ominaisuudet määräytyvät suuresti uloimmalla elektronikuorella olevien elektronien (valenssielektronit) lukumäärän mukaan (1922). Tämä selitti ionisidoksen synnyn ja samalla ne jaksollisen järjestelmän mukaiset säännönmukaisuudet, jotka jo Mendelejev oli 1870-luvulla havainnut eri alkuaineiden ominaisuuksissa.
 Kvanttimekaniikan Kööpenhaminan tulkinta Werner Heisenbergin ja Max Bornin kanssa.

Lähteet

Kirjallisuutta

Aiheesta muualla 
 
 
 
 
 
 

Tanskalaiset fyysikot
Ydinfyysikot
Tanskalaiset professorit
Kööpenhaminan yliopiston professorit
Max Planck -mitalin saajat
Nobelin fysiikanpalkinnon saajat
Copley-mitalin saajat
Vuonna 1885 syntyneet
Vuonna 1962 kuolleet
99.5 Luonnontieteilijät, matemaatikot
Seulonnan keskeiset artikkelit