Niels Bohr

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Niels Bohr (1922)

Niels Henrik David Bohr (* 7. Oktober 1885 in Kopenhagen; † 18. November 1962 ebenda) war ein dänischer Physiker. Er erhielt 1921 die Hughes-Medaille der Royal Society[1] und den Nobelpreis für Physik im Jahr 1922 „für seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome und der von ihnen ausgehenden Strahlung“.[2]

Leben

Frühe Jahre und Ausbildungen

Der Vater von Niels Bohr, Christian Bohr, war Professor für Physiologie;[3] seine Mutter Ellen (geb. Adler) entstammte einer jüdischen Familie. Gemeinsam mit seinem Vater und seinem Bruder Harald Bohr führte er regelmäßig Gespräche und Diskussionen zu wissenschaftlichen Themen, die bei beiden Brüdern das Interesse für die Naturwissenschaften stärkten und das spätere Leben prägten. „Ich wuchs in einem Haus mit einem reichen intellektuellen Leben auf, in dem wissenschaftliche Diskussionen alltäglich waren. In der Tat machte mein Vater kaum eine Unterscheidung zwischen seiner eigenen wissenschaftlichen Arbeit und seinem lebhaften Interesse an allen Problemen des menschlichen Lebens“, urteilt Niels Bohr später rückblickend über sein Elternhaus. Harald Bohr wurde später Professor für Mathematik, während sich Niels Bohr der Physik zuwendete. Beide waren darüber hinaus in der Anfangszeit des Fußballs auf dem europäischen Kontinent als Fußballspieler für den Verein Akademisk Boldklub aktiv, Niels Bohr als Torhüter. Sein Bruder schaffte sogar den Sprung in die dänische Nationalmannschaft und nahm am ersten Fußballturnier der Olympischen Sommerspiele 1908 teil. Ob Niels Bohr auch zu den Ehren eines Nationalspielers kam, ist aufgrund der Quellenlage der frühen dänischen Länderspiele abseits der olympischen Turniere nicht bekannt.

Nach dem Abitur an der Latein- und Oberrealschule im Kopenhagener Stadtteil Gammelholm[4] im Jahr 1903 studierte Niels Bohr Physik, Mathematik, Chemie, Astronomie und Philosophie an der Universität Kopenhagen. Manche schreiben ihm die „Rolle“ als Prüfling in der sogenannten Barometer-Frage zu. 1907 erhielt er die Goldmedaille der Königlich Dänischen Akademie der Wissenschaften für seine Arbeit über die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten. Sein Magisterabschluss erfolgte 1909 und im Jahr 1911 schloss er sein Studium mit seiner Doktorarbeit bei Christian Christiansen über die magnetischen Eigenschaften von Metallen ab (Studier over metallernes elektrontheori). Im selben Jahr wechselte er nach Cambridge an das Cavendish Laboratory, das vom Physik-Nobelpreisträger von 1906, Joseph John Thomson, geleitet wurde, und ein Jahr später nach Manchester in das Labor von Ernest Rutherford, der 1908 den Nobelpreis für Chemie erhalten hatte. Hier lernte Niels Bohr auch Margarethe Nørlund kennen, die er später heiratete. Gemeinsam mit ihr hatte er sechs Söhne, von denen zwei schon in jungen Jahren starben. Ihr Sohn Aage Niels Bohr erhielt 1975 den Physik-Nobelpreis.

Entwicklung des Bohrschen Atommodells

Während des Ersten Weltkrieges nahm Niels Bohr 1914 eine Dozentenstelle in Manchester und kurz danach in Kopenhagen an. Zwei Jahre später wurde er Professor für Physik an der Universität in Kopenhagen. Bei einem Aufenthalt und Vortrag in Berlin 1920 machte er die Bekanntschaft mit Max Planck und Albert Einstein. Mit Hilfe der von ihnen aufgestellten Theorien zur Quantenphysik, die er mit den Gesetzen der klassischen Physik verband, gelang es Bohr bereits 1913, das Bohrsche Atommodell zu erstellen. Mit dem Modell konnten die Linienspektren des Wasserstoffs erklärt werden. Aus heutiger Sicht ist es wie seine Weiterentwicklung zum Bohr-Sommerfeldschen Atommodell von 1915/16 überholt und durch das quantenmechanische Orbitalmodell ersetzt, obwohl es nach wie vor im Chemieunterricht von Schulen unterrichtet wird.

Trotzdem wird sein Modell als ein Meilenstein der theoretischen Physik angesehen, da hier zum ersten Mal erfolgreich auf Atom-Niveau die Quantisierung in ein Atommodell integriert wurde. Zuvor war erst seit 1911 das Rutherfordsche Atommodell bekannt, demzufolge Atome keine massiven Kugeln sind, sondern aus einem winzigen Kern und einer mindestens tausendfach größeren Atomhülle bestehen.

Von 1916 bis 1919 war Niels Bohr Vorsitzender der Dänischen Physikalischen Gesellschaft und ab 1917 auch Mitglied der dänischen Akademie der Wissenschaften. 1918 formulierte er das Bohrsche Korrespondenzprinzip, welches den Zusammenhang zwischen der Quantentheorie und der klassischen Physik erklärte und darstellte, dass sich mit steigender Quantenzahl die Gesetze des Planckschen Wirkungsquantums vernachlässigen lassen. Während dieser Zeit arbeitete er daran, ein eigenes Institut an der Universität in Kopenhagen aufzubauen, das am 3. März 1921 als Institut für theoretische Physik eröffnet wurde. Seine Göttinger Vorträge, die er im Sommer 1922 hielt, wurden international bekannt und gingen als „Bohr-Festspiele“ in die Wissenschaftsgeschichte ein. 1922 gelang ihm auf der Basis des von Arnold Sommerfeld erweiterten Atommodells eine Erklärung für den Aufbau des Periodensystems der Elemente, bei der er ein Schalenmodell annahm. Am 10. Dezember 1922 erhielt er für seine Forschungen über die Atomstruktur sowie die von den Atomen ausgehende Strahlung den Nobelpreis für Physik. Im selben Jahr kam auch sein Sohn Aage Niels Bohr zur Welt, der 1975 ebenfalls den Nobelpreis für Physik erhielt.

Weiteres Wirken nach dem Nobelpreis

Niels Bohr (links) 1925 mit Albert Einstein (fotografiert von Paul Ehrenfest, Photo I)

In den folgenden Jahren wurden das Atommodell Bohrs und die Modifikationen der Atomtheorie Arnold Sommerfelds weiter ausgebaut, bis in der Zeit von 1925 bis 1927 die Betrachtung der Atomphysik durch die Formulierung der nichtrelativistischen Quantenmechanik revolutioniert wurde (Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Paul Dirac). 1924 veröffentlichte Bohr zusammen mit Hendrik Anthony Kramers und John C. Slater die philosophisch bedeutsame Arbeit „The quantum theory of radiation“[5], in der erstmals die strenge Einhaltung des Energieerhaltungssatzes in Frage gestellt und durch statistische Energieerhaltung ersetzt wurde. 1926/27 dozierte Werner Heisenberg am Institut von Niels Bohr und durch die Diskussionen der beiden Forscher entwickelten sich Heisenbergs Unschärferelation sowie das Komplementaritätsprinzip Bohrs als „Kopenhagener Deutungen“ der Quantentheorie, die beide 1927 publiziert wurden. Das Komplementaritätsprinzip sollte die Widerspruchsfreiheit zwischen formulierten Theorien und der Abwägung tatsächlicher Beobachtungen gewährleisten und er wendete es später auch auf Prinzipien außerhalb der Physik an.

In den Folgejahren konzentrierte sich Bohr weiterhin auf die Fragen der Quantenmechanik,[6] während sein Atommodell den Pionieren der Kernforschung beim Verständnis elementarer Eigenschaften der chemischen Elemente half. Das Modell bot Erklärungen für die Valenzen, den Metall- und Nichtmetallcharakter der Stoffe sowie für die Ioneneigenschaften. Er selbst versuchte die durch den Beschuss mit Partikeln ausgelösten Reaktionen der Atomkerne zu erklären und führte zu diesem Zweck den Begriff des „Compoundkernes“ ein. 1936 entwickelte er zwei neue Kernmodelle, die er als Sandsack- und Tröpfchenmodell bezeichnete. Gemeinsam mit John Archibald Wheeler erarbeitete er die Möglichkeit der Energiegewinnung, nachdem Otto Hahn und Friedrich Wilhelm Straßmann die erste Kernspaltung durchführten.

Während der deutschen Besatzung Dänemarks engagierte sich Niels Bohr im dänischen Widerstand. 1943 floh er mit seiner Familie unterstützt durch den britischen und dänischen Geheimdienst nach Schweden. Dort bat er beim schwedischen König und beim Außenminister erfolgreich um Asyl für seine jüdischen Landsleute. Dann reiste er unter dem Decknamen Nicholas Baker in die USA weiter, wo er in Los Alamos wichtige theoretische Vorarbeiten zum Bau der US-Atombombe leistete.[7] Nach dem Krieg kehrte er nach Dänemark zurück und setzte seine Forschung zur Atomenergie auf seiner alten Position fort. Gleichzeitig warnte er jedoch vor deren missbräuchlicher Nutzung, vor allem durch einen offenen Brief an die Vereinten Nationen 1950, und wurde deshalb 1957 Preisträger des Atoms for Peace Award. 1962 starb er in Kopenhagen und wurde auf dem Assistenzfriedhof beigesetzt.

Lebenswerk

Niels Bohr 1925 mit Albert Einstein (fotografiert von Paul Ehrenfest, Photo II)

Sein wichtigster Beitrag zur Physik war das Bohrsche Atommodell, das er 1913 erstmals öffentlich vorstellte. Es stellt einen wichtigen Schritt in der Entwicklung der Quantenmechanik dar. Weitere auf ihn zurückgehende Konzepte sind das Korrespondenzprinzip, das den Übergang der Quantenmechanik zur klassischen Mechanik beschreibt, und das Prinzip der Komplementarität, das besagt, dass die Kenntnis bestimmter Messgrößen notwendigerweise eine totale Unkenntnis bestimmter anderer Größen bedingt. In seinen wissenschaftskritischen Arbeiten vertrat Bohr die Auffassung, dass es von den jeweiligen Beobachtungspraktiken abhängig ist, was eine Apparatur überhaupt ausmacht.[8]

Werke (Auswahl)

Literatur

  • Ruth Moore: Niels Bohr. Ein Mann und sein Werk verändern die Welt. List Verlag, München 1970.
  • Pascual Jordan: Begegnungen. Albert Einstein, Karl Heim, Hermann Oberth, Wolfgang Pauli, Walter Heitler, Max Born, Werner Heisenberg, Max von Laue, Niels Bohr. Stalling, Oldenburg u. a. 1971, ISBN 3-7979-1934-4.
  • Friedrich Hund: Korrespondenz und Komplementarität – Bohrs Weg zur Atomdynamik. Phys. Bl. 41 (1985) Nr. 9, Physik-Verlag Weinheim, S. 303–317.
  • Abraham Pais: Niels Bohr´s times. In physics, philosophy, and polity. Clarendon Press, Oxford 1991, ISBN 0-19-852049-2.
  • Stefan Rozental: Schicksalsjahre mit Niels Bohr. Erinnerungen an den Begründer der modernen Atomtheorie. Aus dem Dänischen übersetzt von Klaus Stolzenburg. DVA, Stuttgart 1991, ISBN 3-421-06615-9.
  • Ulrich Röseberg: Niels Bohr. Leben und Werk eines Atomphysikers. 1885–1962. 3. Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Berlin u. a. 1992, ISBN 3-86025-017-5.
  • Bernhard Kupfer: Lexikon der Nobelpreisträger. Patmos Verlag, Düsseldorf 2001, ISBN 3-491-72451-1.
  • Brockhaus Nobelpreise. Chronik herausragender Leistungen. 2. Auflage. Brockhaus, Mannheim u. a. 2004, ISBN 3-7653-0492-1.

Weblinks

Commons: Niels Bohr - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema
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Einzelnachweise

  1. Hughes Medal. The Royal Society, abgerufen am 2. Februar 2012 (english).
  2. The Nobel Prize in Physics 1922. In: The Official Website of the Nobel Prize. The Nobel Foundation, abgerufen am 2. Februar 2012 (english).
  3. Guide to the Niels Bohr Collection 1909–1963. University of Chicago Library, 2006, abgerufen am 2. Februar 2012 (english).
  4. Stimmen von berühmten Physikern. Universität Münster, abgerufen am 27. Februar 2010.
  5. Bohr, Niels, H.A. Kramers, and J.C. Slater. Philosophical Magazine 47(1924): 785–802
  6. So widersprach er z. B. entschieden einer Arbeit von Albert Einstein und Mitarbeitern aus dem Jahre 1935 (siehe EPR-Effekt), in welcher Einstein im Gegensatz zur „Kopenhagener Deutung“ argumentierte, dass die Quantenmechanik durch sog. „verborgene Variable“ ergänzt werden müsse. Dies stellte sich später als Irrtum heraus, so dass hier Bohr selbst gegenüber Einstein Recht behielt.
  7. Matthias Bath: Danebrog gegen Hakenkreuz, Wachholz, 2011, ISBN 978-3-529-02817-5, S. 137
  8. Karen Barad: „Getting Real. Technoscientific Practices and the Materialization of Reality,“ in: differences. A Journal of Feminist Cultural Studies 10 (2), 1998: 87-128.


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