Die Quantenphysik ist vielleicht nicht das zugänglichste Thema, aber es besteht eine gute Chance, dass Sie von einigen ihrer elementaren Teile wie Atomen gehört haben. Zu Beginn des 20.Jahrhunderts entdeckte der dänische Physiker Niels Bohr die grundlegende atomare Struktur — einen positiv geladenen Kern, der von umlaufenden Elektronen umgeben ist — und legte den Grundstein für das heutige Verständnis von Atomen. Hier sind 13 Dinge, die Sie vielleicht nicht über Bohr gewusst haben.

1. SEIN VATER WURDE IN ZWEI JAHREN DREIMAL FÜR DEN NOBELPREIS NOMINIERT.

Niels Bohr, 1885 in Kopenhagen geboren, wuchs in einer Familie auf, die Wissenschaft schätzte. Sein Vater Christian war Physiologieprofessor an der Universität Kopenhagen, und er lud oft andere Wissenschaftler zu lebhaften Diskussionen in sein Haus ein. Der junge Niels und seine beiden Geschwister hörten oft zu, was wahrscheinlich das zukünftige Studium des jungen Studenten inspirierte. Obwohl er nie gewann, wurde Christian Bohr 1907 von einem Kollegen und 1908 von zwei Kollegen für seine Forschungen zur Physiologie der Atmung für den Nobelpreis nominiert.

2. NIELS BOHR WAR EIN HERAUSRAGENDER STUDENT, ABER EIN MITTELMÄßIGER SCHRIFTSTELLER.

Bohr schrieb sich im Alter von 7 Jahren an der Lateinschule Gammelholm ein und machte in allen seinen Klassen mit Ausnahme der Komposition gute Leistungen. Laut dem Niels-Bohr-Institut der Universität Kopenhagen schrieb er einmal in einem Aufsatz, der nur zwei Sätze enthielt: „Eine Reise im Hafen: Mein Bruder und ich gingen im Hafen spazieren. Dort sahen wir Schiffe landen und gehen.“

Aber in der Sekundarschule korrigierte er Fehler, die er in seinen Physiklehrbüchern entdeckte. Er zeichnete sich in den meisten seiner Studien aus, und er absolvierte zuerst in seiner Klasse. Später im Leben schrieb er eine Reihe von philosophischen Schriften über Physik, nachdem er seine jugendliche Abneigung gegen die Exposition überwunden hatte.

3. ER ZÜNDETE EXPLOSIONEN IM CHEMIELABOR SEINER UNIVERSITÄT AN.

Bohr begann sein Universitätsstudium 1903 an derselben Institution, an der auch sein Vater arbeitete, der Universität Kopenhagen. Während er zunächst Mathematik und Philosophie studierte, gewann er einen von der Königlich Dänischen Akademie der Wissenschaften gesponserten Physikwettbewerb und wechselte bald sein Hauptfach in Physik. Bohr studierte andere Bereiche, einschließlich der anorganischen Chemie, vielleicht weniger erfolgreich: Er erwarb sich den Ruf, Explosionen im Labor verursacht zu haben, und brach schließlich eine Rekordmenge Glas an der Schule. Er würde jedoch 1909 einen Master-Abschluss und 1911 einen Doktortitel in Physik erwerben.

4. BOHR WIDERSPRACH DER „PLUMPUDDING“ -THEORIE SEINES PROFESSORS.

Nach seinem Abschluss setzte Bohr sein Studium an der Universität Cambridge bei J.J. Thomson fort, der das Elektron 1897 entdeckt hatte. Thomson hatte seine Aufmerksamkeit den Kathodenstrahlen zugewandt, die dann als Teil des Äthers galten — einer theoretischen, schwerelosen Substanz, die überall im Universum zu finden ist. Aber er stellte schließlich fest, dass die Strahlen tatsächlich Teilchen waren, die noch kleiner als das Atom waren, indem er zeigte, dass sie durch Elektrizität abgelenkt werden konnten. Dies veranlasste Thomson, die „Plumpudding“ -Struktur von Atomen vorzuschlagen, in denen negativ geladene Elektronen in eine Kugel positiv geladener Materie eingebettet sind, wie Rosinen in einem englischen Pudding. Bohr würde später der „Plumpudding“ -Struktur mit seinem Atommodell widersprechen.

5. BOHR HAT 1913 DIE WAHRE STRUKTUR EINES ATOMS FESTGENAGELT.

Nachdem Bohr festgestellt hatte, dass seine Arbeit im Widerspruch zu Thomsons stand, trat er dem Manchester University Lab von Ernest Rutherford bei, der ebenfalls bei Thomson studiert hatte. Rutherford hatte den Atomkern durch ein Experiment entdeckt, bei dem er Alphateilchen auf ein dünnes Blatt Goldfolie schoss. Da einige der Teilchen zurückprallten, anstatt durch das Gold zu gehen, stellte er fest, dass sich der Großteil der Masse des Atoms in einem kleinen, zentralen Kern befinden muss, um den sich die Elektronen drehen.

Dies wurde zur Grundlage seiner Arbeit mit Bohr. Das Paar untersuchte die Struktur des Atoms, und Bohr bestimmte, dass Rutherfords Modell nicht ganz korrekt sein muss. Nach den Gesetzen der Physik sollten die umlaufenden Elektronen schließlich in den Kern stürzen und das Atom destabilisieren. Bohr optimierte schließlich Rutherfords Modell, indem er erklärte, dass die Elektronen, die einen positiv geladenen Kern umkreisen, zwischen Energieniveaus springen können, was die Atome stabilisiert.

6. ER GRÜNDETE DAS KOPENHAGENER INSTITUT FÜR THEORETISCHE PHYSIK.

Auf der Grundlage seiner Atomforschung engagierte die Universität Kopenhagen Bohr 1916 als Professor für theoretische Physik, als er gerade 31 Jahre alt war. Bald darauf drängte er auf ein neues Institut für sein Gebiet, das es Forschern aus aller Welt ermöglichen würde, mit dänischen Wissenschaftlern an einer hochmodernen Einrichtung zusammenzuarbeiten. Er erhielt die Genehmigung, und das Institut wurde 1921 mit Bohr als Direktor eröffnet. (Sein Mathematiker Bruder Harald, ein ehemaliger olympischer Fußballspieler, würde neun Jahre später das mathematische Institut der Universität nebenan eröffnen. 1965 benannte die Universität die Einrichtung in Niels-Bohr-Institut um, und heute arbeiten und studieren dort mehr als 1000 Mitarbeiter und Studenten.

7. BOHR GEWANN DEN NOBELPREIS ZUR GLEICHEN ZEIT — UND AUF DEM GLEICHEN GEBIET – WIE ALBERT EINSTEIN.

Bohr und Einstein waren nicht nur Zeitgenossen; Sie waren gute Freunde, die im Laufe der Jahrzehnte an einer Reihe von Gesprächen über Physik teilnahmen, insbesondere an den Solvay–Konferenzen von 1927, die heute als Bohr-Einstein-Debatten bekannt sind. Sie argumentierten zwei sehr unterschiedliche Positionen in Bezug auf die Beobachtungen von Elektronen, die sich in einigen Experimenten als Teilchen und in anderen als Welle verhalten, obwohl ein Elektron nicht beides sein sollte. Bohr theoretisierte das Konzept der Komplementarität, um das Phänomen zu erklären — das heißt, etwas kann zwei Dinge gleichzeitig sein, aber wir können nur eines dieser Dinge gleichzeitig beobachten. Bei der Festlegung eines Grundprinzips der Quantenmechanik argumentierte Bohr, dass der Akt der Beobachtung von Teilchen sie ins Dasein bringt, was als Kopenhagener Interpretation bekannt ist.

Einstein hingegen argumentierte, dass Teilchen existieren, unabhängig davon, ob wir sie aktiv beobachten oder nicht. (Stellen Sie sich eine sehr komplexe Version der Frage „Wenn ein Baum in den Wald fällt“ vor. Trotz ihrer gegensätzlichen Theorien erhielten beide 1922 den Nobelpreis für Physik: Bohr für sein Atommodell und Einstein für seine Arbeit über den photoelektrischen Effekt (anstelle seiner damals umstrittenen Relativitätstheorie). Wie haben die beiden Physiker im selben Jahr Preise für dasselbe erhalten? Einstein erhielt den Preis von 1921 aufgrund einer technischen Frage ein Jahr zu spät.

8. DIE CARLSBERG-BRAUEREI GAB BOHR UNBEGRENZT FREIBIER.

Der dänische Bierriese Carlsberg, der für seine eigenen Labors zur Förderung des Studiums der Naturwissenschaften im Zusammenhang mit dem Brauen bekannt ist, lud Bohr ein, in seiner Ehrenresidenz zu wohnen, einem Haus in der Nähe seiner Produktionsstätten, das einem verdienten Künstler, Wissenschaftler oder Schriftsteller auf Lebenszeit geschenkt wurde. Es hatte einen Hahn, der direkt mit der Brauerei für Freibier verbunden war. 1932 zogen Bohr und seine Familie ein und blieben die nächsten 30 Jahre.

Der süße Immobiliendeal war nicht Carlsbergs erste Interaktion mit dem Wissenschaftler. Die Stiftung der Brauerei half Bohr, seine Forschung in England zu bezahlen, und finanzierte das Institut für Theoretische Physik.

9. BOHR HALF JÜDISCHEN WISSENSCHAFTLERN BEI DER FLUCHT VOR DEN NAZIS — BIS AUCH ER FLIEHEN MUSSTE.

Als die Nazis auf dem Höhepunkt des Zweiten Weltkriegs Europa überrannten, half Bohr Wissenschaftlern, dem Regime in Deutschland zu entkommen, indem er ihnen finanzielle Mittel, Laborräume und vorübergehende Unterkünfte in Kopenhagen zur Verfügung stellte. Bohr selbst musste 1943 fliehen, nachdem die Nazis sein Land überholt hatten – Bohrs Mutter war Jüdin und seine gesamte Familie wurde verfolgt. Sie flohen aus Dänemark auf einem Fischerboot nach Schweden, dann wurden Bohr und sein Sohn Aage in der leeren Bucht eines britischen Moskito-Bombers nach England geschmuggelt. In London beriet er sich mit dem ultra-klassifizierten Programm der kanadischen und britischen Regierung zur Entwicklung von Atomwaffen mit dem Codenamen Tube Alloys.

10. ER BENUTZTE DEN ALIAS „NICHOLAS BAKER.“

1939 hatten amerikanische Beamte erfahren, dass Deutschland versuchte, eine Atombombe zu bauen. Fünf Jahre später, die USA. die Regierung lud Bohr ein, am Manhattan-Projekt zu arbeiten, seinem streng geheimen Programm zur Entwicklung von Atombomben auf Uran- und Plutoniumbasis, um die Achsenmächte zur Kapitulation zu zwingen. Zwei Jahre lang arbeitete Bohr mit amerikanischen und britischen Physikern am Los Alamos National Laboratory in New Mexico zusammen und verwendete den Namen Nicholas Baker als Deckmantel. 1944 schrieb er an den britischen Premierminister Winston Churchill mit einem Fortschrittsbericht:

„Was bis vor ein paar Jahren als fantastischer Traum angesehen werden konnte, wird derzeit in großen Labors und riesigen Produktionsanlagen realisiert, die heimlich in einigen der einsamsten Regionen der Vereinigten Staaten errichtet wurden. Dort versammelt sich eine größere Gruppe von Physikern als je zuvor für einen einzigen Zweck, arbeitet Hand in Hand mit einer ganzen Armee von Ingenieuren und Technikern, bereitet neue Materialien vor, die eine immense Energiefreisetzung ermöglichen, und entwickelt ausgeklügelte Geräte für die effektivste Nutzung dieser Materialien.

„Man kann nicht umhin, die Situation mit der der Alchemisten früherer Tage zu vergleichen, die in ihren vergeblichen Bemühungen, Gold herzustellen, im Dunkeln tappen. Heute steuern und lenken Physiker und Ingenieure auf der Grundlage fest etablierter Kenntnisse heftige Reaktionen, durch die Atom für Atom neue Materialien aufgebaut werden, die weitaus kostbarer sind als Gold.“

11. BOHR WOLLTE, DASS DIE NUKLEARWISSENSCHAFT FÜR DEN FRIEDEN GENUTZT WIRD.

Er glaubte fest daran, die Wissenschaft hinter Atomwaffen zu teilen — eine Ansicht, die von den Führern der USA und Großbritanniens nicht vertreten wurde. Bohr kehrte nach dem Krieg nach Dänemark zurück und richtete seine Atomforschung eher auf die Entwicklung nachhaltiger Energie als auf Waffen. Er und mehrere Kollegen gründeten in den 1950er Jahren Risø, ein Forschungslabor mit einem modernen Teilchenbeschleuniger zur Entwicklung der Kernenergie für friedliche Zwecke.

Gleichzeitig war Bohr Mitbegründer des Europäischen Zentrums für Kernforschung (CERN), das in den ersten fünf Jahren Konferenzen abhielt und am Institut für Theoretische Physik von Bohr forschte, bevor er 1957 nach Genf in die Schweiz zog. Das Zentrum beherbergt heute den Large Hadron Collider, den größten Teilchenbeschleuniger der Welt, der elektrische Felder erzeugt, um die Bewegung atomarer Teilchen zu beschleunigen, und Magnete verwendet, um ihren Fluss zu lenken. Die Kollisionen der Teilchen geben Aufschluss über ihre Eigenschaften. Mit dem Large Hadron Collider beobachtete ein Forscherteam 2012 erstmals einen neuen Teilchentyp, das Higgs-Boson.

12. SEIN SOHN AAGE ERHIELT EBENFALLS EINEN NOBELPREIS.

Bohrs Leben konzentrierte sich nicht nur auf seine Arbeit — er war auch ein Familienmensch. Er heiratete Margrethe Nørlund im Jahr 1912, und sie hatten sechs Söhne, von denen vier bis ins Erwachsenenalter überlebt. Sein Sohn Aage trat eng in die Fußstapfen seines Vaters und wurde nicht nur Physiker, sondern auch Direktor des Instituts für Theoretische Physik (nach dem Tod seines Vaters im Jahr 1962) und Gewinner des Nobelpreises für Physik 1975 für seine Forschungen zur Struktur von Atomkernen. Die Bohrs sind eines von sechs Vater-Sohn-Paaren, die jeweils einen Nobelpreis gewonnen haben (Niels Bohrs Professor J.J. Thomson und sein Sohn George Paget Thomson sind ein weiterer).

13. EIN ELEMENT IST NACH IHM BENANNT.

Bohr hat nach seinem Tod immer noch zur Physik beigetragen — in gewisser Weise. 1981 gelang es deutschen Forschern, ein einzelnes Atom des Elements 107, das Isotop 262, zu erzeugen, das aus dem Beschuss von Wismutatomen mit Chromatomen resultierte. Sie nannten es Bohrium. Das hochradioaktive Element kommt in der Natur nicht vor und bisher sind nur wenige Atome davon in einem Labor entstanden.