Kvanttifysiikka ei ehkä ole kaikkein lähestyttävin aihe, mutta on hyvin mahdollista, että olet kuullut joistakin sen alkuaineosista, kuten atomeista. 1900—luvun alussa tanskalainen fyysikko Niels Bohr löysi atomien perusrakenteen—positiivisesti varautuneen ytimen, jota ympäröivät kiertävät elektronit-joka loi perustan sille, miten atomeja nykyään ymmärretään. Tässä on 13 asiaa, joita et ehkä tiennyt bohrista.

1. HÄNEN ISÄNSÄ OLI EHDOLLA NOBELIN PALKINNON SAAJAKSI KOLME KERTAA KAHDEN VUODEN AIKANA.

Niels Bohr, joka syntyi Kööpenhaminassa vuonna 1885, kasvoi perheessä, joka arvosti tiedettä. Hänen isänsä Christian oli fysiologian professori Kööpenhaminan yliopistossa, ja hän isännöi usein tutkijatovereitaan kotonaan vilkkaita keskusteluja varten. Nuori Niels ja hänen kaksi sisarustaan kuuntelivat usein, mikä todennäköisesti innosti nuorta opiskelijaa tuleviin opintoihin. Vaikka hän ei koskaan voittanut, Christian Bohr oli ehdolla Nobelin palkinnon yksi kollega vuonna 1907 ja kaksi vuonna 1908, kaikki hänen tutkimusta fysiologian hengitys.

2. NIELS BOHR OLI TÄHTIEN OPISKELIJA, MUTTA KESKINKERTAINEN KIRJAILIJA.

Bohr kirjoittautui 7-vuotiaana Gammelholmin latinakouluun ja menestyi hyvin kaikilla luokillaan sävellystä lukuun ottamatta. Kööpenhaminan yliopiston Niels Bohr-instituutin mukaan hän käänsi kerran esseen, joka sisälsi vain kaksi lausetta: ”matka satamassa: veljeni ja minä kävimme kävelyllä satamassa. Siellä näimme laivojen laskeutuvan ja lähtevän.”

mutta lukioon mennessä hän korjasi fysiikan oppikirjoistaan löytämiään virheitä. Hän menestyi valtaosassa opinnoistaan ja valmistui luokkansa ensimmäiseksi. Myöhemmin elämässä, hän kirjoitti useita filosofisia kirjoituksia fysiikan, ottaa voittaa hänen nuorekas vastenmielisyys exposition.

3. HÄN LAUKAISI RÄJÄHDYKSIÄ YLIOPISTONSA KEMIAN LABORATORIOSSA.

Bohr aloitti yliopisto-opintonsa vuonna 1903 samassa laitoksessa, joka työllisti hänen isäänsä, Kööpenhaminan yliopistossa. Vaikka hän aluksi opiskeli matematiikkaa ja filosofiaa, hän voitti Tanskan kuninkaallisen tiedeakatemian sponsoroiman fysiikkakilpailun, ja hän vaihtoi pian pääaineensa fysiikkaan. Bohr opiskeli muita aloja, muun muassa epäorgaanista kemiaa, ehkä huonommin: Hän sai mainetta räjähdysten aiheuttamisesta laboratoriossa ja rikkoi lopulta ennätysmäärän lasia koululla. Hän kuitenkin mennä ansaita master ’ s degree vuonna 1909 ja tohtorin vuonna 1911 fysiikan.

4. BOHR OLI ERI MIELTÄ PROFESSORINSA ”LUUMUVANUKAS” – TEORIASTA.

valmistuttuaan Bohr jatkoi opintojaan Cambridgen yliopistossa J. J. Thomsonin johdolla, joka oli löytänyt elektronin vuonna 1897. Thomson oli kiinnittänyt huomionsa katodisäteisiin, joiden uskottiin tuolloin olevan osa eetteriä—teoreettista, painotonta ainetta, jota on kaikkialla maailmankaikkeudessa. Mutta lopulta hän päätteli, että säteet olivat itse asiassa atomia pienempiä hiukkasia, osoittamalla, että sähkö voi kääntää ne pois. Tämä sai Thomsonin ehdottamaan atomien” luumuvanukas ” – rakennetta, jossa negatiivisesti varautuneet elektronit ovat uponneet positiivisesti varautuneen aineen palloon, kuten rusinat englantilaisessa vanukkaassa. Bohr olisi myöhemmin ristiriidassa ”luumuvanukas” – rakenteen kanssa atomimallillaan.

5. BOHR NAULASI ATOMIN TODELLISEN RAKENTEEN VUONNA 1913.

havaittuaan työnsä olevan ristiriidassa Thomsonin työn kanssa, Bohr liittyi Manchesterin yliopiston laboratorioon Ernest Rutherfordiin, joka oli myös opiskellut Thomsonin johdolla. Rutherford oli löytänyt atomin ytimen kokeella, jossa hän ampui alfahiukkasia ohutta kultafolioarkkia kohti. Koska osa hiukkasista kimposi takaisin sen sijaan, että ne olisivat kulkeneet kullan läpi, hän päätteli, että suurimman osan atomin massasta täytyy olla pienessä keskusytimessä elektronien kiertäessä sitä.

tästä tuli hänen Bohrin kanssa tekemänsä työn perusta. Pari tutki atomin rakennetta, ja Bohr päätti, ettei Rutherfordin malli saa olla täysin oikea. Fysiikan lakien mukaan kiertävien elektronien pitäisi lopulta törmätä ytimeen ja horjuttaa atomia. Lopulta Bohr viritti Rutherfordin mallia selittämällä, että positiivisesti varautunutta ydintä kiertävät elektronit voivat hypätä energiatasojen välillä, mikä stabiloi atomit.

6. HÄN PERUSTI KÖÖPENHAMINAN TEOREETTISEN FYSIIKAN INSTITUUTIN.

hänen atomitutkimustensa perusteella Kööpenhaminan yliopisto palkkasi Bohrin teoreettisen fysiikan professoriksi vuonna 1916, kun hän oli vain 31-vuotias. Pian tämän jälkeen hän alkoi ajaa alalleen uutta instituuttia, jonka avulla tutkijat eri puolilta maailmaa voisivat tehdä yhteistyötä tanskalaisten tutkijoiden kanssa huipputason laitoksessa. Hän sai hyväksynnän, ja instituutti avattiin vuonna 1921 Bohr toimii johtajana. (Hänen matemaatikko veli Harald, entinen Olympic jalkapalloilija, menisi avata yliopiston mathematical institute vieressä yhdeksän vuotta myöhemmin.) Sisään 1965 yliopiston nimeksi laitos Niels Bohr Institute, ja tänään yli 1000 henkilökunta ja opiskelijat työskentelevät ja opiskella siellä.

7. BOHR SAI NOBELIN PALKINNON SAMAAN AIKAAN—JA SAMALLA ALALLA-ALBERT EINSTEININ KANSSA.

Bohr ja Einstein eivät olleet vain aikalaisia, vaan he olivat hyviä ystäviä, jotka osallistuivat vuosikymmenten aikana useisiin fysiikkaa käsitteleviin keskusteluihin, joista merkittävimpänä mainittakoon vuoden 1927 Solvay–konferenssit, jotka tunnetaan nykyään nimellä Bohr-Einstein-keskustelut. He väittivät kaksi hyvin erilaista kantaa koskevat havainnot elektronit käyttäytyvät hiukkanen joissakin kokeissa ja aalto toisissa, vaikka elektroni ei pitäisi voida olla molempia. Bohr teoretisoi ilmiön selittämiseksi komplementaarisuuden käsitteen—toisin sanoen jokin voi olla kaksi asiaa yhtä aikaa, mutta voimme havaita vain yhden noista asioista kerrallaan. Perustaessaan kvanttimekaniikan perusperiaatetta Bohr esitti, että hiukkasten havainnointi tuo ne olemassaoloon, mikä tunnetaan Kööpenhaminan tulkintana.

Einstein puolestaan väitti, että hiukkaset ovat olemassa riippumatta siitä, havaitsemmeko niitä aktiivisesti. (Kuvittele hyvin monimutkainen versio” Jos puu kaatuu metsässä ” kysymys.) Vastakkaisista teorioistaan huolimatta molemmat saivat Nobelin fysiikanpalkinnon vuonna 1922: Bohr atomimallistaan ja Einstein valosähköistä ilmiötä käsittelevästä työstään (silloisen kiistellyn suhteellisuusteoriansa sijaan). Miten kaksi fyysikkoa sai palkinnot samasta asiasta samana vuonna? Einstein sai itse asiassa vuoden 1921 palkinnon vuoden myöhässä muotoseikan vuoksi.

8. CARLSBERGIN PANIMO ANTOI BOHRILLE RAJATTOMASTI ILMAISTA OLUTTA.

Tanskalainen olutjätti Carlsberg, joka tunnetaan siitä, että sillä on omat laboratorionsa panimoon liittyvän luonnontieteiden tutkimuksen edistämiseksi, kutsui Bohrin asumaan kunniaresidenssiinsä, taloon lähellä tuotantotilojaan, jotka annettiin ansioituneelle taiteilijalle, tiedemiehelle tai kirjailijalle loppuelämäkseen. Siinä oli panimoon suoraan kytketty hana ilmaista olutta varten. Vuonna 1932 Bohr muutti perheineen taloon ja viipyi siellä seuraavat 30 vuotta.

makea kiinteistökauppa ei ollut Carlsbergin ensimmäinen kanssakäyminen tutkijan kanssa. Panimon säätiö auttoi Bohria maksamaan tutkimuksensa Englannissa ja rahoitti teoreettisen fysiikan instituuttia.

9. BOHR AUTTOI JUUTALAISIA TIEDEMIEHIÄ PAKENEMAAN NATSEJA-KUNNES HÄNKIN JOUTUI PAKENEMAAN.

natsien vallatessa Eurooppaa toisen maailmansodan ollessa kuumimmillaan Bohr auttoi Saksan hallintoa paenneita tiedemiehiä tarjoamalla heille rahoitusta, laboratoriotilaa ja tilapäiskoteja Kööpenhaminassa. Bohr itse joutui pakenemaan vuonna 1943 sen jälkeen, kun natsit ohittivat hänen maansa—Bohr äiti oli juutalainen, ja hänen koko perheensä oli vainottu. He pakenivat Tanskasta Ruotsiin matkalla olleella kalastusveneellä, minkä jälkeen Bohr ja hänen poikansa Aage salakuljetettiin Englantiin brittiläisen Mosquito-pommikoneen tyhjään Lahteen. Lontoossa hän konsultoi Kanadan ja Britannian hallitusten erittäin salaista ydinaseohjelmaa, koodinimeltään Putkiseoksia.

10. HÄN KÄYTTI PEITENIMEÄ ”NICHOLAS BAKER.”

vuonna 1939 amerikkalaisviranomaiset olivat saaneet tietää, että Saksa yritti rakentaa atomipommin. Viisi vuotta myöhemmin U. S. hallitus kutsui Bohrin työskentelemään Manhattan-projektissa, sen huippusalaisessa ohjelmassa kehittää uraani – ja plutoniumpohjaisia ydinpommeja tarkoituksena pakottaa Akselivaltiot antautumaan. Kahden vuoden ajan Bohr teki yhteistyötä yhdysvaltalaisten ja brittiläisten fyysikoiden kanssa Los Alamosin kansallisessa laboratoriossa New Mexicossa käyttäen peitenimeä Nicholas Baker. Vuonna 1944 hän kirjoitti Britannian pääministerille Winston Churchillille tilannekatsauksen:

”se, mitä vielä muutama vuosi sitten saatettiin pitää mielikuvituksellisena unelmana, toteutuu tällä hetkellä suurissa laboratorioissa ja valtavissa tuotantolaitoksissa, jotka on salaa pystytetty Yhdysvaltain eristyneimmille alueille. Siellä suurempi ryhmä fyysikoita kuin koskaan ennen koottu yhteen tarkoitukseen, työskentelevät käsi kädessä koko armeijan insinöörejä ja teknikoita, valmistavat uusia materiaaleja, jotka pystyvät valtava energian vapautuminen, ja kehittävät nerokas laitteita mahdollisimman tehokkaasti käyttää näitä materiaaleja.

”tilannetta ei voi olla vertaamatta entisaikojen alkemistien tilanteeseen, kun he haparoivat pimeässä turhia yrityksiään tehdä kultaa. Nykyään fyysikot ja insinöörit hallitsevat ja ohjaavat lujasti vahvistetun tiedon perusteella väkivaltaisia reaktioita, joissa syntyy uusia, paljon kultaa arvokkaampia materiaaleja atomi atomilta.”

11. BOHR HALUSI, ETTÄ YDINTIEDETTÄ KÄYTETTÄISIIN RAUHAN HYVÄKSI.

hän uskoi lujasti ydinaseiden takana olevan tieteen jakamiseen—näkemys, jota Yhdysvaltain ja Britannian johtajat eivät ottaneet. Palattuaan Tanskaan sodan jälkeen Bohr suuntasi atomitutkimuksensa kohti kestävän vallan kehittämistä aseiden sijaan. Hän perusti useiden kollegoidensa kanssa 1950-luvulla risø-nimisen tutkimuslaboratorion, jossa oli moderni ydinenergian rauhanomaiseen kehittämiseen keskittyvä hiukkaskiihdytin.

Bohr oli mukana perustamassa Euroopan Ydintutkimuskeskusta (CERN), joka piti konferensseja ja teki tutkimusta Bohrin teoreettisen fysiikan instituutissa ensimmäiset viisi vuotta ennen muuttoaan Geneveen Sveitsiin vuonna 1957. Keskuksessa on nykyään Large Hadron Collider, maailman suurin hiukkaskiihdytin, joka tuottaa sähkökenttiä nopeuttaakseen atomihiukkasten liikettä ja käyttää magneetteja niiden virtauksen ohjaamiseen. Hiukkasten törmäykset paljastavat tietoa niiden ominaisuuksista. Large Hadron Colliderin avulla tutkijaryhmä havaitsi ensimmäisen kerran uudenlaisen hiukkasen, Higgsin bosonin, vuonna 2012.

12. MYÖS HÄNEN POIKANSA AAGE SAI NOBELIN PALKINNON.

Bohrin elämä ei keskittynyt vain hänen työhönsä—hänkin oli perheenisä. Hän meni naimisiin Margrethe Nørlundin kanssa vuonna 1912, ja he saivat kuusi poikaa, joista neljä selvisi aikuisikään. Hänen poikansa Aage seuraisi tiiviisti isänsä jalanjälkiä, tulossa paitsi fyysikko, mutta myös johtaja, Institute of Theoretical Physics (kun hänen isänsä kuoli vuonna 1962) ja voittaja 1975 Nobelin fysiikanpalkinnon hänen tutkimusta rakennetta atomiytimien. Bohrit ovat yksi kuudesta Isä-Poika-parista, jotka ovat kukin saaneet Nobelin palkinnon (Niels Bohrin professori J. J. Thomson ja hänen poikansa George Paget Thomson ovat toinen).

13. ALKUAINE ON NIMETTY HÄNEN MUKAANSA.

Bohr vaikutti fysiikkaan vielä kuolemansa jälkeenkin—tavallaan. Vuonna 1981 saksalaiset tutkijat onnistuivat luomaan yhden alkuaine 107: n atomin, isotoopin 262, joka syntyi pommittamalla vismuttiatomeja kromiatomeilla. He nimesivät sen bohriumiksi. Erittäin radioaktiivista alkuainetta ei esiinny luonnossa, ja toistaiseksi sitä on syntynyt laboratoriossa vain muutamia atomeja.