Category: Science.Physics.Quantum

Topic: NielsBohr

English version [Ακολουθεί και η ελληνική εκδοχή]

Niels Henrik David Bohr (7 October 1885 - 18 November 1962), was a Danish physicist, one of the main founders of modern physics, with significant contributions to the understanding of atomic structure and quantum theory, for which he received the Nobel Prize in Physics in 1922.

Bohr founded in 1920 the Institute of Theoretical Physics at the University of Copenhagen, now known as the Niels Bohr Institute. Bohr is the introducer of the quantum structure of the atom, the principle of complementarity and the Copenhagen interpretation.

Bohr developed his own atom model , which suggests that the energy levels of the electrons are distinct and that the electrons rotate at constant orbits around the atomic nucleus, but they can jump from an energy source level (orbit) to another. Although Bohr's model has been replaced by others, its basic principles are still valid.

Bohr's other monumental contribution is that he conceived the principle of complementarity : that things can be analyzed separately through contradictory properties, such as wave and particles. This concept of complementarity dominates Bohr's thinking in both science and philosophy.





Ελληνική εκδοχή

Ο Niels Henrik David Bohr (θ. 7 Οκτωβρίου 1885 - 18 November 1962), ήταν Δανός φυσικός, από τους κύριους θεμελιωτές της σύγχρονης φυσικής με σημαντικότατες συνεισφορές στην κατανόηση της ατομική δομής και της κβαντικής θεωρίας, για τα οποία έλαβε το Νόμπελ Φυσικής το 1922.

Ο Bohr ίδρυσε το 1920 το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, σήμερα γνωστό ως Niels Bohr Institute. Ο Bohr είναι ο εισηγητής της κβαντικής δομής του ατόμου, της αρχής της συμπληρωματικότητας και της ερμηνείας της Κοπεγχάγης.

Ο Bohr ανέπτυξε το μοντέλο του ατόμου που φέρει το όνομά του, όπου πρότεινε ότι τα ενεργειακά επίπεδα των ηλεκτρονίων είναι διακριτά και ότι τα ηλεκτρόνια περιφέρονται σε σταθερές τροχιές γύρω από τον ατομικό πυρήνα αλλά μπορούν να πηδούν από ένα ενεργειακό επίπεδο (τροχιά) σε άλλο. Παρότι το μοντέλο του Bohr έχει υποκατασταθεί από άλλα, οι βασικές αρχές του είναι ακόμη σε ισχύ.

Η άλλη μνημειώδης συνεισφορά του Bohr είναι ότι συνέλαβε την αρχή της συμπληρωματικότητας (principle of complementarity): ότι τα πράγματα μπορούν να αναλυθούν χωριστά μέσω αντιφατικών ιδιοτήτων, όπως του κύματος και της δέσμης σωματιδίων. Αυτή η έννοια της συμπληρωματικότητας κυριαρχεί σε όλη τη σκέψη του Bohr τόσο στην επιστήμη όσο και στη φιλοσοφία.

Τα 3 του άρθρα που έμειναν γνωστά ως ‘η τριλογία’ εκδόθηκαν στο Philosophical Magazine τον Ιούλιο, Σεπτέμβριο και Νοέμβριο του 1912. Προσάρμοσε την ατομική δομή του Rutherford στην κβαντική θεωρία του Max Planck, φτιάχνοντας έτσι το προαναφερθέν μοντέλο ατόμου του Bohr. Τα πλανητικά μοντέλα των ατόμων δεν ήταν νέα, αλλά ο τρόπος που τα χειρίστηκε ο Bohr ήταν νέος. Εισήγαγε την ιδέα ότι ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να πέσει από μια τροχιά υψηλότερης ενέργειας σε μια χαμηλότερης, ακτινοβολώντας ένα κβάντο φωτός ενέργειας, τόσης όση η διαφορά των ενεργειακών σταθμών. Έτσι εξηγεί τις συγκεκριμένες τιμές ενέργειας που μπορεί να έχει ένα κβάντο φωτός. Αυτή η προσέγγιση αποτελεί τη βάση της λεγόμενης παλαιάς κβαντικής θεωρίας.

Η παλαιά κβαντική θεωρία είναι μια συλλογή αποτελεσμάτων της περιόδου 1900–1925 πριν από τη σύγχρονη κβαντομηχανική. Η θεωρία δεν ήταν ποτέ πλήρης με εσωτερική συνέπεια αλλά ήταν περισσότερο ένα σύνολο ευριστικών διορθώσεων επί της κλασικής μηχανικής. Σήμερα αντιμετωπίζεται ως μια ημι-κλασική προσέγγιση της σύγχρονης κβαντομηχανικής. Το κύριο εργαλείο της παλαιάς κβαντικής θεωρίας ήταν η συνθήκη κβαντισμού των Bohr–Sommerfeld, μια διαδικασία για την επιλογή συγκεκριμένων καταστάσεων ενός κλασικού συστήματος ως επιτρεπτών καταστάσεων: το σύστημα δηλαδή μπορεί να υπάρχει μόνο σε μια από τις επιτρεπτές καταστάσεις και σε καμία άλλη κατάσταση.

Σήμερα, το ατομικό μοντέλο του Bohr αν και έχει αντικατασταθεί, διδάσκεται λόγω της απλότητάς του και των βασικών του αρχών που ισχύουν στην βασική εκπαίδευση φυσικής και χημείας. Επίσης η αρχή του της συμπληρωματικότητας σύμφωνα με την οποία κάτι μπορεί να έχει άλλοτε συμπεριφορά Α και άλλοτε συμπεριφορά Β, όπου Α και Β είναι αμοιβαία αποκλειόμενες ιδιότητες, όπως της δέσμης σωματιδίων και του κύματος, ανάλογα με το πειραματικό πλαίσιο δεν ήταν απόλυτα κατανοητό σε φιλοσοφικό επίπεδο. Ο Bohr σχεδίασε ο ίδιος το οικόσημό του, ένα taijitu (σύμβολο του yin και του yang) μαζί με ένα μότο στα λατινικά: contraria sunt complementa ("τα ενάντια είναι συμπληρωματικά").

Ο Bohr συνέβαλε επίσης σε μια από τις επικρατέστερες ερμηνείες της κβαντικής πραγματικότητας, την λεγόμενη ερμηνεία της Κοπεγχάγης (Copenhagen interpretation) που επινοήθηκε την περίοδο 1925 - 1927 από τον ίδιο και τον Werner Heisenberg. Σύμφωνα με την ερμηνεία αυτή, τα φυσικά συστήματα γενικά δεν έχουν καθορισμένες ιδιότητες παρά μόνο αν αυτές μετρηθούν. Η κβαντομηχανική μπορεί μόνο να προβλέψει την κατανομή πιθανότητας των αποτελεσμάτων μιας μέτρησης. Η πράξη της μέτρησης επηρεάζει το σύστημα, προκαλώντας την κατάπτωση των πιθανοτήτων σε μία και μόνο από τις προηγουμένως πιθανές τιμές, αμέσως μετά τη μέτρηση. Αυτό το χαρακτηριστικό είναι γνωστό ως κατάρρευση της κυματοσυνάρτησης των πιθανοτήτων (wave function collapse).