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13 Fakten über den Physiker Niels Bohr

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Quantenphysik ist vielleicht nicht das zugänglichste Thema, aber es besteht eine gute Chance, dass Sie von einigen ihrer elementaren Teile wie Atomen gehört haben. Anfang des 20. Jahrhunderts entdeckte der dänische Physiker Niels Bohr die grundlegende Atomstruktur – einen positiv geladenen Kern, der von umlaufenden Elektronen umgeben ist – und legte damit den Grundstein für unser heutiges Verständnis von Atomen. Hier sind 13 Dinge, die Sie vielleicht noch nicht über Bohr wussten.

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

Niels Bohr, 1885 in Kopenhagen geboren, wuchs in einer Familie auf, die Wert auf Wissenschaft legte. Sein Vater Christian war Physiologie-Professor an der Universität Kopenhagen, und er lud oft andere Wissenschaftler zu lebhaften Diskussionen zu sich 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 den Nobelpreis nominiert, alle für seine Forschungen zur Physiologie der Atmung.

2. NIELS BOHR WAR EIN HERVORRAGENDER SCHÜLER, ABER EIN MITTLERE SCHRIFTSTELLER.

Bohr schrieb sich im Alter von 7 Jahren an der Gammelholm Latin School ein und schnitt in allen seinen Klassen außer Komposition gut ab. Nach Angaben des Niels-Bohr-Instituts der Universität Kopenhagen hat er einmal einen Aufsatz abgegeben, der nur zwei Sätze enthielt: „Eine Fahrt im Hafen: Mein Bruder und ich machten einen Spaziergang im Hafen. Dort sahen wir Schiffe landen und gehen.'

Aber in der Sekundarschule korrigierte er Fehler, die er in seinen Physiklehrbüchern entdeckte. Er hat sich in den meisten seiner Studien ausgezeichnet und er schloss als erster in seiner Klasse ab. Später im Leben verfasste er eine Reihe von philosophischen Schriften über Physik, nachdem er seine jugendliche Abneigung gegen die Darstellung überwunden hatte.

3. ER HAT IM CHEMIELABOR SEINER UNIVERSITÄT EXPLOSIONEN AUSGELÖST.

Bohr begann sein Universitätsstudium 1903 an der Universität von Kopenhagen, an der auch sein Vater beschäftigt war. Während er zunächst Mathematik und Philosophie studierte, gewann er einen von der Königlich Dänischen Akademie der Wissenschaften gesponserten Physikwettbewerb und wechselte bald sein Hauptfach auf Physik. Bohr studierte andere Gebiete, einschließlich anorganischer Chemie, vielleicht weniger erfolgreich: Er erwarb sich den Ruf, im Labor Explosionen zu verursachen, und zerbrach schließlich in der Schule eine Rekordmenge an Glas. 1909 erwarb er jedoch einen Magistergrad und 1911 den Doktortitel in Physik.

4. BOHR stimmte der „Pflaumenpudding“-Theorie seines Professors nicht zu.

Nach seinem Abschluss setzte Bohr sein Studium an der Cambridge University bei J.J. Thomson, der 1897 das Elektron entdeckt hatte. Thomson hatte seine Aufmerksamkeit auf Kathodenstrahlen gerichtet, von denen man damals annahm, dass sie Teil des Äthers seien – einer theoretischen, schwerelosen Substanz, die überall im Universum vorkommt. Aber er stellte schließlich fest, dass die Strahlen tatsächlich noch kleiner als das Atom waren, indem er zeigte, dass sie durch Elektrizität abgelenkt werden konnten. Dies führte Thomson dazu, die „Plum-Pudding“-Struktur von Atomen vorzuschlagen, bei der negativ geladene Elektronen in eine Kugel positiv geladener Materie eingebettet sind, wie Rosinen in einem englischen Pudding. Bohr würde später mit seinem Atommodell der „Pflaumenpudding“-Struktur widersprechen.

5. BOHR NAGELTE 1913 DIE WAHRE STRUKTUR EINES ATOMS.

Nachdem er festgestellt hatte, dass seine Arbeit nicht mit der von Thomson übereinstimmte, trat Bohr in das Labor der Manchester University von Ernest Rutherford ein, der auch bei Thomson studiert hatte. Rutherford hatte den Atomkern durch ein Experiment entdeckt, bei dem er Alphateilchen auf eine dünne Goldfolie schoss. Da einige der Teilchen zurückprallten, anstatt das Gold zu durchdringen, stellte er fest, dass sich der Großteil der Masse des Atoms in einem kleinen zentralen Kern befinden muss, um den die Elektronen kreisen.



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Dies wurde die Grundlage seiner Arbeit mit Bohr. Das Paar untersuchte die Struktur des Atoms, und Bohr stellte fest, dass Rutherfords Modell nicht ganz korrekt sein muss. Nach den Gesetzen der Physik sollten die umlaufenden Elektronen schließlich auf den Kern prallen 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 INSTITUT FÜR THEORETISCHE PHYSIK IN KOPENHAGEN.

Aufgrund seiner Atomforschung stellte die Universität Kopenhagen 1916 Bohr als Professor für theoretische Physik ein, als er gerade einmal 31 Jahre alt war. Bald darauf begann er, auf ein neues Institut für sein Fachgebiet zu drängen, das es Forschern aus der ganzen 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, eröffnete neun Jahre später das mathematische Institut der Universität nebenan.) 1965 wurde die Einrichtung in Niels-Bohr-Institut umbenannt, heute arbeiten mehr als 1000 Mitarbeiter und Studenten und dort studieren.

7. BOHR HAT GLEICHEN ZEIT – UND AUF DEM GLEICHEN GEBIET – DEN NOBELPREIS GEWONNEN, 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, vor allem auf 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 immer nur eines dieser Dinge gleichzeitig beobachten. Bei der Aufstellung eines grundlegenden Prinzips der Quantenmechanik argumentierte Bohr, dass der Akt der Beobachtung von Teilchen diese hervorbringt, 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 wurden beide 1922 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet: Bohr für sein Atommodell und Einstein für seine Arbeit an der photoelektrischer Effekt (statt seiner damals umstrittenen Relativitätstheorie). Wie also haben die beiden Physiker im selben Jahr Preise für dieselbe Sache erhalten? Einstein erhielt den Preis von 1921 aus technischen Gründen ein Jahr zu spät.

8. DIE CARLSBERG BRAUEREI GIBT BOHR UNBEGRENZTES FREIBIER.

Der dänische Biergigant Carlsberg, der für seine eigenen Labore bekannt ist, um das Studium der Naturwissenschaften in Bezug auf das Brauen zu fördern, lud Bohr ein, in seiner Ehrenresidenz zu wohnen, einem Haus in der Nähe seiner Produktionsstätten, das einem verdienten Künstler, Wissenschaftler oder Schriftsteller für Leben. Es hatte einen direkt an die Brauerei angeschlossenen Zapfhahn für Freibier. 1932 zogen Bohr und seine Familie ein und blieben die nächsten 30 Jahre.

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Der süße Immobilien-Deal war nicht Carlsbergs erste Interaktion mit dem Wissenschaftler. Die Gründung der Brauerei half Bohr, seine Forschung in England zu finanzieren und finanzierte das Institut für Theoretische Physik.

9. BOHR HILFT JÜDISCHEN WISSENSCHAFTLERN, DEN NAZIS ZU FLUCHTEN – BIS AUCH ER FLUCHTEN musste.

Als die Nazis Europa auf dem Höhepunkt des Zweiten Weltkriegs überrannten, half Bohr Wissenschaftlern, dem Regime in Deutschland zu entkommen, indem er ihnen Gelder, Laborräume und vorübergehende Wohnungen in Kopenhagen zur Verfügung stellte. Bohr selbst musste 1943 fliehen, nachdem die Nazis sein Land überholt hatten – Bohrs Mutter war Jüdin, seine gesamte Familie wurde verfolgt. Sie flohen mit einem Fischerboot aus Dänemark nach Schweden, dann wurden Bohr und sein Sohn Aage in die leere Bucht eines britischen Mosquito-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 VERWENDETE DEN ALIAS „NICHOLAS BAKER“.

1939 hatten amerikanische Beamte erfahren, dass Deutschland versuchte, eine Atombombe zu bauen. Fünf Jahre später lud die US-Regierung Bohr ein, am Manhattan-Projekt mitzuarbeiten, ihrem streng geheimen Programm zur Entwicklung von Atombomben auf Uran- und Plutoniumbasis mit dem Ziel, 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 benutzte dabei den Namen Nicholas Baker als Deckblatt. 1944 schrieb er mit einem Fortschrittsbericht an den britischen Premierminister Winston Churchill:

„Was bis vor wenigen Jahren als fantastischer Traum galt, wird derzeit in großen Labors und riesigen Produktionsanlagen verwirklicht, die heimlich in einigen der einsamsten Regionen der Vereinigten Staaten errichtet wurden. Dort hat sich eine größere Gruppe von Physikern als je zuvor für einen einzigen Zweck versammelt, arbeitet Hand in Hand mit einer ganzen Armee von Ingenieuren und Technikern, bereitet neue Materialien vor, die eine immense Energiefreisetzung ermöglichen, und entwickeln geniale Geräte für den effektivsten Einsatz von diese Materialien. […]

„Man kann nicht umhin, die Situation mit der der Alchemisten von früher zu vergleichen, die bei ihren vergeblichen Bemühungen, Gold zu machen, im Dunkeln tappen. Heute kontrollieren und lenken Physiker und Ingenieure auf der Grundlage von fundiertem Wissen heftige Reaktionen, durch die neue Materialien aufgebaut werden, die weitaus kostbarer sind als Gold, Atom für Atom.“

11. BOHR WOLLTE NUKLEARWISSENSCHAFT FÜR DEN FRIEDEN BENUTZT.

Er glaubte fest daran, die Wissenschaft hinter Atomwaffen zu teilen – eine Ansicht, die von US-amerikanischen und britischen Führern nicht vertreten wurde. Nach dem Krieg nach Dänemark zurückgekehrt, richtete Bohr 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, das sich der Entwicklung von Kernenergie für friedliche Zwecke widmet.

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

12. SEIN SOHN AAGE GEWANN AUCH EINEN NOBELPREIS.

Bohrs Leben konzentrierte sich nicht nur auf seine Arbeit – er war auch ein Familienmensch. Er heiratete 1912 Margrethe Nørlund und hatte sechs Söhne, von denen vier das Erwachsenenalter erreichten. Sein Sohn Aage trat in die Fußstapfen seines Vaters und wurde nicht nur Physiker, sondern auch Direktor des Instituts für Theoretische Physik (nach dem Tod seines Vaters 1962) und erhielt 1975 den Nobelpreis für Physik für seine Erforschung der Struktur der Atomkerne. 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 andere).

13. EIN ELEMENT WIRD NACH IHM BENANNT.

Bohr trug auch nach seinem Tod noch zur Physik bei – in gewisser Weise. 1981 gelang es deutschen Forschern, ein einzelnes Atom des Elements 107, das Isotop 262, zu erzeugen, das Ergebnis des Beschusses von Bismutatomen mit Chromatomen. Sie nannten es Bohrium. Das hochradioaktive Element kommt in der Natur nicht vor und bisher wurden nur wenige Atome davon im Labor hergestellt.

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