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Niels Henrik David Bohr


2012_07_03_bohrNiels Henrik David Bohr (Copenhague, Dinamarca; 7 de octubre de 1885 – ibídem; 18 de noviembre de 1962) fue un físico danés que realizó fundamentales contribuciones para la comprensión de la estructura del átomo y la mecánica cuántica.

Nació en Copenhague, hijo de Christian Bohr, un devoto luterano catedrático de fisiología en la Universidad de la ciudad, y Ellen Adler, proveniente de una adinerada familia judía de gran importancia en la banca danesa, y en los «círculos del Parlamento». Tras doctorarse en la Universidad de Copenhague en 1911, completó sus estudios en Mánchester teniendo como maestro a Ernest Rutherford.

En 1916, Bohr comenzó a ejercer de profesor en la Universidad de Copenhague, accediendo en 1920 a la dirección del recientemente creado Instituto de Física Teórica.

En 1943, con la 2ª Guerra Mundial plenamente iniciada, Bohr escapó a Suecia para evitar su arresto por parte de la policía alemana, viajando posteriormente a Londres. Una vez a salvo, apoyó los intentos anglo-americanos para desarrollar armas atómicas, en la creencia de que la bomba alemana era inminente, y trabajó en Los Álamos, Nuevo México (EE. UU.) en el Proyecto Manhattan.

Después de la guerra, abogando por los usos pacíficos de la energía nuclear, retornó a Copenhague, ciudad en la que residió hasta su fallecimiento en 1962.

Investigaciones científicas

Basándose en las teorías de Rutherford ( átomo de Rutherford ) publicó su modelo atómico ( Modelo atómico de Bohr ) en 1913 , introduciendo la teoría de las órbitas cuantificadas , que en la teoría mecánica cuántica consiste en las características que, en torno al núcleo atómico , el número de electrones en cada órbita aumenta desde el interior hacia el exterior.

En su modelo, además, los electrones podían caer (pasar de una órbita a otra) desde un orbital exterior a otro interior, emitiendo un fotón de energía discreta, hecho sobre el que se sustenta la mecánica cuántica.

En 1922 recibió el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación. Numerosos físicos, basándose en este principio, concluyeron que la luz presentaba una dualidad onda-partícula mostrando propiedades mutuamente excluyentes según el caso.

En 1933 Bohr propuso la hipótesis de la gota líquida , teoría que permitía explicar las desintegraciones nucleares y en concreto la gran capacidad de fisión del isótopo de uranio 235 .

Debate con Einstein

Para este nuevo principio cuántico, Bohr encontró además aplicaciones filosóficas que le sirvieron de justificación. No obstante, el nuevo conceptualismo de la realidad de la física cuántica (Bohr, Max Born y otros) era disentida por Albert Einstein cuyo criterio estaba más próximo al racionalismo de la mecánica clásica, sin descartar los fenómenos físicos empíricos de cualquier naturaleza. Son celebres sus frases críticas dirigidas a la entonces «advenediza» mecánica cuántica:

« Dios no juega a los dados con el universo» (…) «a mi me gusta pensar que la luna aún sigue ahí aunque no la mire» (…) «esta es una espeluznante acción a distancia » (…)

  • Einstein era reacio a la implicación física, filosófica y teológica inherente al criterio de Bohr y a ciertos aspectos inherentes a la mecánica cuántica , que evoca o sugiere que la materia ordenada se deriva de un estado previo subyacente en el cual la materia esta permanentemente desordenada o azarosa, que a esta escala, solo sigue leyes de probabilidad, y que por ende, todo el universo se fundamentaría en el azar desde su nivel atómico o sub atómico .
  • La segunda frase hace alusión al hecho de que el estado o comportamiento de la materia sea la consecuencia directa del mero hecho de observarla. Esto último dio lugar al celebre experimento mental y paradoja crítica titulada el Gato de Schrödinger cual esta vivo y muerto, al mismo tiempo , hasta que un observador abre la caja en cuyo momento se decide la suerte o el estado del felino.
  • La última, relacionada con la anterior , se refiere al fenómeno re titulado « acción fantasmal a distancia » que se refiere a la crítica que se hizo sobre la realidad del concepto del Entrelazamiento cuántico , y para argumentar su discrepancia, propuso otro experimento lógico que podría titularse ” los pares predeterminados de Einstein “, tales como, « un par de guantes ».

A todo esto, se dice, que Bohr respondía:

deja de decirle a Dios como debe construir el universo

Los pares indeterminables de Bohr versus predeterminados de Einstein

Dos observadores (Bohr y Einstein) aceptan la proposición lógico-experimental de este último como analogía válida para dirimir sus diferentes criterios. Un ayudante (empaquetador) pasa a una estancia contigua, toma un par de guantes y los empaqueta por separado, uno en cada paquete (el empaquetador determina, y es el único que sabe con certeza, que guante pone en cada paquete) seguidamente pasa a una tercera estancia contigua y entrega estos paquetes a otro ayudante cuya tarea es enviar uno de ellos por correo al polo norte (este segundo ayudante, al igual que los observadores, también desconoce en que paquete esta cada guante e introduce su in determinismo circunstancial o factor de probabilidad en el experimento) . Un vez hecho esto, este ayudante (remitente) entrega el paquete, (el que no ha enviado) , a los observadores de la primera estancia.

Estos lo abren, observan y constatan, que es el guante izquierdo:

  • Einstein exclama ¡el guante que se ha enviado al polo norte es el derecho!, lo sabemos instantáneamente y el guante ya era, siempre fue, el derecho, porque esto ya estaba o había sido predeterminado por el empaquetador .
  • Bohr exclama ¡el guante estaba en un estado indeterminado e indeterminable hasta que hemos abierto el paquete!, porque hasta ese instante determinista, no teníamos la certeza y existía, matemáticamente, un 50% de probabilidad de que fuera el derecho o el izquierdo, solo al abrirlo hemos tenido esa certeza, ergo , hasta entonces, era « derecho e izquierdo al mismo tiempo » pues estaba en un estado de « probabilidad equivalente » establecida por el remitente que es realmente quien ha tomado la decisión última y que ahora observamos.

Extrapolación de los criterios de Bohr versus Einstein a la física

Bohr sostuvo con Einstein un debate respecto a la validez o no validez de las leyes de la Relatividad en el mundo subatómico de la Física Cuántica. Einstein decía que el universo material era “local y real”, donde lo local apuntaba a que nada puede superar la velocidad de la luz, mientras que lo real apunta a que las cosas existen en una sola forma definida en un tiempo y espacio determinado. Bohr por su parte apelaba a la “función de onda” de las partículas subatómicas y al estado de “superposición” que pueden presentar éstas. Por ejemplo dos electrones podían estar en dos estados opuestos y extremamente alejados a la vez y lo que ocurre con uno en determinado punto del universo, es experimentado por el otro al otro extremo del universo. Esto podía ser producto de una de dos alternativas: a) las partículas subatómicas en dos puntos alejados del universo se envían información sobre sus estados a velocidades superiores a la de la luz con lo cual la superposición se explicaría por la presencia de más de un electrón que se comunican en distintos puntos del universo (esta explicación no atentaba con que las cosas fueran reales, más no permitía que fuesen locales, dado que existiría una velocidad de comunicación mayor que la de la luz). La otra alternativa nos decía: b) las partículas subatómicas pueden existir en dos o más estados a la vez. Estas se mantienen bajo la forma de probabilidades de manifestación en estados precisos, más no se manifiestan en uno de estos hasta el momento en que son objeto de un estímulo determinado: la observación, y es solo después del acto de observación en que encontramos a la partícula en una coordenada específica de espacio y tiempo. Aquí lo que se atenta es la realidad misma, o el hecho de que en el mundo subatómico las cosas sean reales y se presenten en un estado específico en un tiempo-espacio preciso. En resumen, la postura de Bohr y de la Física Cuántica es que en el mundo subatómico, las cosas no pueden ser reales y locales a vez.

Es durante el desarrollo de este debate que se esgrimió la frase tan célebre por parte de Einstein: “Dios no juega a los dados”. De dicha frase hay registros confiables, lo cual no ocurre con un supuesto contrargumento por parte de Bohr hacia Einstein en el mismo debate, donde dice: “¡Einstein, deja de decirle a Dios qué hacer con sus dados!”.

Exilio forzoso

Uno de los más famosos estudiantes de Bohr fue Werner Heisenberg , que se convirtió en líder del proyecto alemán de bomba atómica . Al comenzar la ocupación nazi de Dinamarca , Bohr, que había sido bautizado en la Iglesia Cristiana, permaneció allí a pesar de que su madre era judía. En 1941 Bohr recibió la visita de Heisenberg en Copenhague, sin embargo no llegó a comprender su postura; Heisenberg y la mayoría de los físicos alemanes estaban a favor de impedir la producción de la bomba atómica para usos militares, aunque deseaban investigar las posibilidades de la tecnología nuclear.

La obra Copenhagen , escrita por Michael Frayn y representada durante un tiempo en Broadway , versaba sobre lo que pudo ocurrir en el encuentro que mantuvieron Bohr y Heisenberg en 1941 . En 2002 apareció la versión cinematográfica del libro, dirigida por Howard Davies .

En septiembre de 1943, para evitar ser arrestado por la policía alemana, Bohr se vio obligado a marchar a Suecia , desde donde viajó al mes siguiente a Londres , para finalmente dirigirse a Estados Unidos en diciembre. Allí participó en la construcción de las primeras bombas atómicas. Volvió a Dinamarca en 1945

Después de la guerra, se convirtió en un apasionado defensor del desarme nuclear. Pronunció las conferencias Gifford , en los cursos 1948-1950, sobre el tema Casuality and Complementarity . En 1952, Bohr ayudó a crear el Centro Europeo para la Investigación Nuclear ( CERN ) en Ginebra, Suiza. En 1955, organizó la primera Conferencia Átomos para la Paz en Ginebra .

Reconocimientos

Bohr fue galardonado, en 1922, con el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la radiación . También fue el primero que recibió, en 1958, el premio Átomos para la Paz .

Es autor de varios libros de divulgación y reflexión: “La teoría atómica y la descripción de los fenómenos” (1934). En 1958 publicó la famosa obra Teoría atómica y el conocimiento humano”.

El elemento químico Bohrio se llamó así en su honor, igual que el asteroide (3948) Bohr descubierto por Poul Jensen el 15 de septiembre de 1985.

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