Niels Bohr: biografía del físico que explicó la estructura del átomo

Formación en Copenhague y Mánchester

Bohr nació en Copenhague en una familia de sólida tradición académica: su padre era un destacado profesor de fisiología y su madre provenía de una influyente familia de banqueros. Estudió física en la Universidad de Copenhague, donde se doctoró en 1911 con una tesis sobre la teoría electrónica de los metales, y poco después viajó a Inglaterra para ampliar su formación, primero brevemente con J. J. Thomson en Cambridge y luego, de forma más fructífera, en el laboratorio de Ernest Rutherford en la Universidad de Mánchester.

En Mánchester, Bohr se familiarizó a fondo con el modelo atómico que Rutherford había propuesto poco antes, en el que un núcleo diminuto y cargado positivamente concentraba casi toda la masa del átomo, rodeado de electrones a gran distancia relativa. Ese modelo, sin embargo, tenía un problema físico grave: según las leyes clásicas del electromagnetismo, un electrón en órbita debería perder energía de forma continua en forma de radiación y terminar precipitándose sobre el núcleo en una fracción de segundo, algo que evidentemente no ocurría en los átomos reales.

Referencias:

El modelo atómico de Bohr

Para resolver esa contradicción, Bohr propuso en 1913 una serie de postulados que combinaban la física clásica con la naciente idea de la cuantización de la energía introducida por Max Planck. Sugirió que los electrones solo pueden ocupar ciertas órbitas específicas alrededor del núcleo, cada una con un nivel de energía fijo y determinado, y que mientras un electrón permanece en una de esas órbitas no emite radiación, contradiciendo así deliberadamente las leyes clásicas del electromagnetismo en ese punto concreto.

Según el modelo de Bohr, un electrón solo emite o absorbe energía, en forma de un cuanto de luz, cuando salta de una órbita a otra de energía distinta, y la frecuencia de esa luz depende exactamente de la diferencia de energía entre ambas órbitas. Este modelo permitió calcular con notable precisión las longitudes de onda de las líneas del espectro del átomo de hidrógeno, un fenómeno conocido experimentalmente desde décadas antes pero que ninguna teoría había logrado explicar de forma coherente, lo que dio una validación inmediata y contundente a su propuesta.

Referencias: [1] · [2]

El Instituto de Copenhague y la mecánica cuántica

En 1921, con apoyo del Gobierno danés y de fundaciones privadas, Bohr fundó en Copenhague el Instituto de Física Teórica, que dirigió hasta el final de su vida y que rápidamente se convirtió en uno de los principales centros mundiales de investigación en física atómica. Por sus salas pasaron, en estancias de duración variable, prácticamente todos los físicos que desarrollarían la mecánica cuántica durante las décadas de 1920 y 1930, entre ellos Werner Heisenberg, Wolfgang Pauli y Paul Dirac, en un ambiente de discusión abierta que Bohr fomentaba de manera deliberada.

Fue precisamente en ese contexto donde, junto a Heisenberg y otros colaboradores, Bohr contribuyó a formular hacia 1927 lo que se conoce como la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, que sostiene, entre otros puntos, que las propiedades de las partículas subatómicas no están definidas hasta el momento en que se realiza una medición. Bohr formuló también el principio de complementariedad, según el cual fenómenos como la naturaleza ondulatoria y corpuscular de la luz o la materia son aspectos complementarios, no contradictorios, de una misma realidad física.

Referencias: [2] · [3]

La Segunda Guerra Mundial y el legado científico

Al ser de ascendencia judía por parte materna, Bohr se vio obligado a huir de Dinamarca en 1943, tras la ocupación alemana del país, y llegó finalmente a Estados Unidos, donde colaboró de forma limitada con el Proyecto Manhattan, aunque se mostró desde el principio preocupado por las implicaciones políticas y militares de la energía atómica. Tras el fin de la guerra, Bohr dedicó buena parte de sus últimos años a promover activamente el control internacional de la energía nuclear y la cooperación científica abierta entre países, convencido de que el secretismo en torno a las armas atómicas suponía un riesgo grave para la paz mundial.

Bohr recibió el Premio Nobel de Física en 1922 por sus investigaciones sobre la estructura del átomo, y su instituto en Copenhague, rebautizado tras su muerte como Instituto Niels Bohr, siguió siendo un centro de referencia en física teórica durante décadas. En su honor, el elemento químico número 107 de la tabla periódica recibió el nombre de bohrio, y su modelo atómico, aunque hoy superado por descripciones cuánticas más completas, sigue empleándose como primera aproximación pedagógica a la estructura del átomo en la enseñanza de la física.

Referencias: [3] · [4]

Cronología

1. 1885

   Nace en Copenhague.

2. 1911

   Se doctora en la Universidad de Copenhague.

3. 1913

   Propone su modelo atómico basado en órbitas cuantizadas.

4. 1921

   Funda el Instituto de Física Teórica de Copenhague.

5. 1922

   Recibe el Premio Nobel de Física.

6. 1962

   Muere en Copenhague.