miércoles, 20 de mayo de 2015

NIELS HENRIK DAVID BOHR


Nobel Física-1922



         Bohr, hijo de  profesor de fisiología, estudió física en la Universidad de Copenhague, donde también se destacó como un magnífico jugador de fútbol. Obtuvo su doctorado allí en 1911, obteniendo después una beca de la Carlsberg Foundation para viajar al extranjero con el propósito de ampliar estudios. Gracias a esto, Bohr fue inmediatamente a Cambridge, donde trabajo con Rutherford. En 1916 volvió a la Universidad de Copenhague como profesor de física.
         Rutherford había llevado adelante la idea del átomo nuclear, es decir, la idea de que un átomo contiene un núcleo diminuto y compacto situado en el centro y una nube de electrones situados en la periferia. Estando ya en Cambridge, a Bohr le pareció que si se combinaba la estructura interna del átomo con la teoría cuántica de Planck, desarrollada por este último algo más de una década antes, sería quizá posible explicar como las sustancias emiten y absorben energía radiante. Esta absorción y emisión era de vital importancia para la técnica de la espectroscopia puesto que describía las líneas espectrales descubiertas por Fraunhofer un siglo antes y puestas en uso por Kirchhoff medio siglo después de ser descubiertas. Sin embargo, a lo largo de todo el siglo los científicos se habían contentado con medir la posición de las líneas espectrales sin intentar explicar por qué una línea debía situarse en un sitio determinado en lugar de otro.
         Bohr intentó rectificar esta omisión empezando por considerar el átomo de hidrógeno, que era el más sencillo de todos. En 1913 tenía ya preparado su esquema. Sugirió que el único electrón existente en el átomo de hidrógeno no producía radiaciones al oscilar dentro del átomo. A primera vista que debía producir dichas radiaciones, de acuerdo con las ecuaciones de Maxwell, que indicaban que las radiaciones electromagnéticas se producían cuando se aceleraba cualquier tipo de carga eléctrica, por tanto un electrón moviéndose en una órbita cerrada debía emitir alguna radiación. Sin embargo, Bohr mantuvo que la radiación no se emitía durante el tiempo que el electrón permanecía en su órbita. (La contradicción aparente entre ambas teorías fue resuelta por De Broglie en la década siguiente, demostró que el electrón no era únicamente una partícula, sino también una onda. Schrödinger desarrolló una teoría mediante la cual el electrón no giraba alrededor del núcleo, sino que se trataba puramente de una onda estacionaria formada a su alrededor. Por tanto, el electrón situado en una órbita especial no tenía por qué acelerarse y, por tanto, no tenía por qué emitir radiaciones.)
         Bohr puntualizó que se emitían radiaciones cuando el electrón cambiaba de órbita aproximándose al núcleo. Por otro lado, cuando se absorbía radiación, el electrón se dirigía a una órbita más alejada del núcleo. Por tanto, la radiación electromagnética se producía por cambios en los niveles de energía de las partículas subatómicas y no por las oscilaciones o las aceleraciones de dichas partículas. Esta teoría abría una brecha entre el mundo del átomo y el mundo normal que nos rodea, de modo que se hizo cada vez más difícil la representación de la estructura atómica en términos de sentido común.
         Por ejemplo, el electrón no podía situarse en cualquier órbita, sino que debía hacerlo en una separada una distancia fija del núcleo. Cada órbita tenía una cierta cantidad de energía fija. Cuando el electrón pasaba de una órbita a otra, la cantidad de energía liberada o absorbida era fija, esta cantidad era un cuanto de energía entero. De esta manera se interpretaba la teoría cuántica de Planck como una manifestación de las posiciones discontinuas  del electrón dentro del átomo.
         Bohr pudo incluso elegir los orbitales de energía de manera que pudieran apreciar las líneas del espectro de hidrógeno, demostrando que cada una de ellas marcaba la absorción de cuantos de energía lo suficientemente numerosos para trasladar un electrón de una órbita determinada a otra más alejada del núcleo. (O marcaban la emisión de un cuanto de energía necesario para dejar caer el electrón desde una órbita determinada a otra más próxima al núcleo.) En particular, era fácil estimar las regularidades del espectro de hidrógeno, advertidas ya por Balmer. Para describir las cantidades discretas de energía que deberían poseer los electrones, Bohr hizo uso de la constante de Planck, h, dividida por dos pi. Esto de representa como h y se la denomina h barrada o h cortada.
         El modelo del átomo de hidrógeno de Bohr demostró ser, después de todo, insuficientemente complicado para estimar con gran detalle las líneas de su espectro. Bohr había concebido únicamente órbitas circulares, pero Sommerfeld siguió adelante y desarrolló las implicaciones de la existencia también de órbitas elípticas. También se incluyeron órbitas situadas formando distintos ángulos.
         Aparte de las modificaciones necesarias, el modelo atómico de Bohr fue el primer intento razonable y con éxito de explicar el espectro de un elemento a partir de la estructura interna del átomo y usar los datos espectroscópicos para explicar la estructura interna del átomo. Por ello, Bohr recibió el premio Nobel de física en 1922. Su teoría se confirmó experimentalmente gracias a los trabajos de Franck y de G. Hertz que también recibirían el premio Nobel por ello.
         Bohr fue incapaz de desarrollar modelos atómicos satisfactorios de elementos más complejos que el hidrógeno, pero gracias a ellos puntualizó que cuando un elemento poseía más de un electrón, éstos debían de existir en capas, de modo que los electrones contenidos en la capa más externa determinaban las propiedades químicas de los átomos en cuestión. Pauli demostró dicha noción.
         La idea de que el electrón era al mismo tiempo una partícula (como en su propia teoría) y una onda (como en la de Schrödinger) indujo a Bohr a llevar adelante lo que se había llamado el principio de complementariedad, es decir, que un fenómeno se pueda ver desde dos puntos de vista que se excluyen uno al otro de modo que cada uno de ellos por separado permanece válido. Este principio había sido adoptado afanosamente por algunos biólogos contemporáneos y usado como vehículo de un nuevo tipo de vitalismo. Existía la sugerencia de que los sistemas vivientes se pueden interpretar, por un lado, de acuerdo con las leyes físicas y químicas que gobiernan a los componentes de la célula y, por otro, de acuerdo con las leyes de la vida que gobiernan a la célula o al organismo como un todo indivisible. De acuerdo con esta idea existirían elementos cuya vida nunca podría investigarse por medio de las ciencias físicas. Sin embargo, no se llegó al convencimiento de que esta idea tuviera más éxito que todas las otras ideas esparcidas a lo largo de la historia.
         En 1939 Bohr visitó los Estados Unidos para asistir a una conferencia científica llevando la noticia de que Lise Meitner estaba a punto de anunciar la idea de Hahn de que el uranio experimentaba la fisión nuclear cuando se le bombardeaba con neutrones (partículas sin carga, de aquí su nombre, descubiertas menos de una década antes por Chadwick). Esta noticia disolvió la conferencia y todos los científicos se marcharon a sus respectivos países para confirmar la sugerencia de Hahn y de Meitner. Se confirmó perfectamente y los hechos se pusieron en marcha hasta culminar en la bomba atómica. Bohr prosiguió con sus trabajos con la idea de desarrollar una teoría del mecanismo de la fisión, teoría en la cual el núcleo se representaba comportándose como algo semejante a una gota de líquido. Bohr predijo que el isótopo (átomo de un mismo elemento, en el que varía el número de neutrones) especial, uranio-235, descubierto algunos años antes por Dempster, era el que experimentaba la fisión. Se pudo probar inmediatamente la veracidad de este fenómeno.
         Bohr volvió a Dinamarca y estaba todavía allí cuando las tropas de Hitler ocuparon de repente el país en 1940. En 1943, para evitar ser encarcelado (puesto que evidentemente no cooperó con la ocupación alemana), huyo a Inglaterra a pesar del riesgo personal que ello conllevaba. Posteriormente se marchó a los Estados Unidos, donde trabajó en el proyecto de la bomba atómica en los Alamos hasta 1945. Antes de abandonar Dinamarca disolvió su medalla de oro del premio Nobel en una botella de ácido. Después de la guerra volvió a Copenhague, precipitó el oro del ácido y recuperó su medalla, hecho simbólico del final de un mal. Pero otro había llegado: el de la guerra atómica. Bohr trabajó incansablemente a favor del desarrollo de la energía atómica para usos pacíficos, organizando la primera conferencia de Átomos para la Paz en Ginebra, en 1955. En 1957 recibió la primera distinción de Átomos para la Paz.



No hay comentarios:

Publicar un comentario