Niels Bohr
Vật lý > Viện Vật lý

Tháng 4 năm 1917 Bohr bắt đầu một chiến dịch nhằm thành lập Viện Vật lý lý thuyết. Ông nhận được sự ủng hộ từ chính phủ Đan Mạch và Quỹ Carlsberg, cũng như các đóng góp đáng kể từ các nhà tài trợ cá nhân và công ty, nhiều người trong số họ gốc Do Thái. Cơ sở pháp lý thành lập viện được thông qua vào tháng 11 năm 1918. Ngày nay được biết đến là Viện Niels Bohr, nó khánh thành vào ngày 3 tháng 3 năm 1921, và Bohr là giám đốc đầu tiên của viện. Gia đình ông chuyển đến một căn hộ ở tầng 1 của viện. Viện nghiên cứu của Bohr trở thành nơi thu hút các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực cơ học lượng tử và những ngành liên quan trong thập niên 1920 và 1930, khi hầu hết các nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng trên thế giới đều giành một số thời gian làm việc tại viện. Những người đến đầu tiên đó là Hans Kramers từ Hà Lan, Oskar Klein từ Thụy Điển, George de Hevesy từ Hungary, Wojciech Rubinowicz từ Ba Lan và Svein Rosseland từ Na Uy. Bohr được nhiều người đánh giá cao với tư cách là người lãnh đạo tương đắc và đồng nghiệp lỗi lạc của họ.  Klein và Rosseland có những bài báo công bố đầu tiên của viện trước khi nó được khánh thành.
Mô hình Bohr miêu tả khá tốt cho hydro, nhưng không thể giải thích hoàn toàn cho các nguyên tố phức tạp hơn. Năm 1919, Bohr từ bỏ ý tưởng các electron quay quanh hạt nhân và phát triển phương pháp suy nghiệm để miêu tả chúng. Các nguyên tố đất hiếm đặt ra một vấn đề phân loại cụ thể cho các nhà hóa học, bởi vì chúng có các tính chất hóa học khá giống nhau. Một bước phát triển quan trọng đến vào năm 1924 với việc Wolfgang Pauli khám phá ra nguyên lý loại trừ Pauli, đưa các mô hình của Bohr lên một nền tảng lý thuyết vững chắc. Bohr sau đó có thể tuyên bố rằng nguyên tố 72 khi ấy vẫn chưa được phát hiện không phải là một nguyên tố đất hiếm, mà là một nguyên tố có các tính chất hóa học tương tự như của zirconi. Ông ngay lập tức bị thách thức bởi nhà hóa học người Pháp Georges Urbain, người tuyên bố đã phát hiện ra một nguyên tố đất hiếm số 72, mà ông gọi là "celtium". Tại viện ở Copenhagen, Dirk Coster và George de Hevesy đã thực hiện cuộc tìm kiếm nhằm chứng minh Bohr đúng và Urbain sai. Bắt đầu với kiến thức đã biết rõ về các tính chất hóa học của nguyên tố chưa biết đã đơn giản hóa quá trình tìm kiếm một cách đáng kể. Họ đã xem xét các mẫu từ Bảo tàng Khoáng học Copenhagen để tìm kiếm một nguyên tố giống zirconi và nhanh chóng tìm thấy nó. Nguyên tố này, mà họ đặt tên là hafni (Hafnia là tên trong tiếng Latin của Copenhagen) lại trở lên phổ biến hơn cả vàng.
Năm 1922, Bohr được trao giải Nobel Vật lý "vì những công việc của ông trong việc nghiên cứu cấu trúc của các nguyên tử và bức xạ phát ra từ chúng". Giải thưởng do vậy đã công nhận bộ ba bài báo và những nghiên cứu ban đầu của ông trong lĩnh vực mới nổi cơ học lượng tử. Trong bài giảng Nobel của mình, Bohr đưa khán giả qua một cuộc khảo sát toàn diện về cấu trúc nguyên tử biết đến ở thời điểm đó, bao gồm nguyên lý tương ứng do ông thiết lập. Nguyên lý phát biểu rằng hành xử của một hệ miêu tả bằng lý thuyết lượng tử sẽ thu về vật lý cổ điển khi các số lượng tử tiến đến giới hạn rất lớn.
Sự khám phá ra tán xạ Compton bởi Arthur Holly Compton năm 1923 đã thuyết phục phần lớn các nhà vật lý rằng ánh sáng bao gồm các photon, và năng lượng và động lượng được bảo toàn trong va chạm giữa các hạt electron và photon. Năm 1924, Bohr, Kramers và John C. Slater, một nhà vật lý người Mỹ làm việc tại Viện ở Copenhagen, đã đề xuất lý thuyết Bohr–Kramers–Slater (BKS). Nó là một chương trình hơn là một lý vật lý đầy đủ, khi các ý tưởng được phát triển những không miêu tả một cách định lượng. Lý thuyết BKS trở thành nỗ lực cuối cùng nhằm hiểu tương tác của vật chất và bức xạ điện từ dựa trên cơ sở của lý thuyết lượng tử cũ, trong đó các hiện tượng lượng tử được cho bằng các giới hạn lượng tử trong một miêu tả sóng cổ điển của trường điện từ.
Mô hình hành xử của nguyên tử dưới tác động của bức xạ điện từ sử dụng "các dao động tử ảo" ở những tần số phát xạ và hấp thụ, hơn là ở các tần số biểu kiến của quỹ đạo Bohr, đưa Max Born, Werner Heisenberg và Kramers khám phá một mô hình toán học khác. Họ đi đến phát triển cơ học ma trận, dạng toán học đầu tiên của cơ học lượng tử. Lý thuyết BKS cũng tạo ra sự thảo luận và chú ý mới đến những khó khăn trong nền tảng của lý thuyết lượng tử cũ. Yếu tố khiêu khích nhất của lý thuyết BKS – đó là động lượng và năng lượng không nhất thiết phải bảo toàn ở mỗi tương tác, ít nhất về mặt thống kê – nhưng sớm bị chỉ ra là mâu thuẫn với các thí nghiệm do Walther Bothe và Hans Geiger thực hiện. Trước những kết quả này, Bohr đã gửi thư đến Darwin rằng "không thể làm gì khác hơn là dành cho những nỗ lực cách mạng của chúng tôi một đám tang danh dự nhất có thể".