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.
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