04 Σεπτεμβρίου 2010

Νηλς Μπορ (Bohr)



Κορυφαίος Δανός φυσικός (Βραβείο Νόμπελ Φυσικής, 1922), ο μεγαλύτερος μετά τον Αϊνστάιν θεωρητικός φυσικός του 20ού αιώνα. Δημιουργός της πρώτης κβαντικής θεωρίας του ατόμου και από τους θεμελιωτές της κβαντικής φυσικής, ο Μπορ είχε τεράστια συνεισφορά στην εξέλιξη της για περισσότερα από πενήντα χρόνια. Σημαντικότατο, εξάλλου, είναι το έργο του στην ανάπτυξη της θεωρίας του ατομικού πυρήνα και στη μελέτη των διεργασιών αλληλεπίδρασης των στοιχειωδών σωματίων με το περιβάλλον τους.

Ο Μπορ γεννήθηκε στην Κοπεγχάγη από οικογένεια επιφανών επιστημόνων ο πατέρας του Κρίστιαν ήταν καθηγητής της Φυσιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, ο αδελφός του Χάραλντ Άουγκουστ (1887 - 1951) διακεκριμένος μαθηματικός και ο γιος του Ώγκε Μπορ έγινε επίσης σπουδαίος φυσικός. Σπούδασε στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, από όπου αποφοίτησε το 1908. Σ' αυτό έκανε τις πρώτες του έρευνες πάνω σε φαινόμενα επιφανειακής τάσης στα υγρά (βραβεύτηκε μάλιστα, το 1907, για την εργασία του με χρυσό μετάλλιο της Βασιλικής Ακαδημίας Επιστημών) και στην κλασική ηλεκτρονική θεωρία των μετάλλων στην οποία αναφερόταν η διδακτορική του διατριβή (1911). 

Ύστερα από απουσία έξι χρονών στην Αγγλία όπου συνεργάστηκε, στο Καίμπριτζ, με τον διάσημο Βρετανό φυσικό σερ Τζόζεφ Τζων Τόμσον (1911-12) και στη συνέχεια στο Μάντσεστερ (1912 - 16), όπου συνεργάστηκε εξαιρετικά παραγωγικά με τον διάσημο Νεοζηλανδό φυσικό Έρνεστ Ράδερφορντ - ενώ παράλληλα δίδασκε Μαθηματικά, Φυσική στο εκεί Πανεπιστήμιο - επέστρεψε στη Δανία και ανέλαβε (1916) την έδρα της θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης (ήταν ήδη βοηθός της έδρας από το 1912). Δύο χρόνια αργότερα, ανέλαβε την οργάνωση στη δανική πρωτεύουσα και τη διεύθυνση (από το 1920 ως το θάνατο του) του Πανεπιστημιακού Ινστιτούτου θεωρητικής Φυσικής, που το ανέδειξε σε ένα από τα περισσότερο προωθημένα στον κόσμο ερευνητικά κέντρα, όπου εργάστηκαν ως "επισκέπτες" όλοι σχεδόν οι διάσημοι φυσικοί της επόμενης γενιάς. Σήμερα το Ινστιτούτο φέρει, προς τιμήν του, το όνομα του. 

Κατά τη διάρκεια του Β' Παγκόσμιου Πολέμου, ο Μπορ παρέμεινε αρχικά στην Κοπεγχάγη, παρόλο που καταγόταν από μητέρα Εβραία και ήταν γνωστά στους Γερμανούς κατακτητές τα αντιναζιστικά αισθήματά του. Το 1943 όμως φυγαδεύτηκε με την οικογένεια του (είχε 6 γιους) με μικρό ιστιοφόρο στη Σουηδία από τους Συμμάχους, οι οποίοι φοβήθηκαν ότι οι Γερμανοί θα τον συνελάμβαναν και ίσως τον ανάγκαζαν να συνεργαστεί στην κατασκευή της ατομικής βόμβας. Από εκεί οδηγήθηκε με βρετανικό βομβαρδιστικό αεροπλάνο, μέσω Λονδίνου, στις ΗΠΑ, αρχικά στη Νέα Υόρκη και στη συνέχεια στο Λος Άλαμος του Νέου Μεξικού, όπου εργάστηκε στο πρόγραμμα "Μανχάταν", για την κατασκευή της ατομικής βόμβας. Μετά το τέλος του Πολέμου, επέστρεψε στην Κοπεγχάγη, όπου ανέλαβε και πάλι την έδρα της θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο, εργαζόμενος παράλληλα αδιάκοπα στο Ινστιτούτο. 

Είναι δύσκολο να περιγραφεί το τεράστιο σε έκταση και σπουδαιότητα επιστημονικό έργο του Μπορ. Ενώ ακόμη εργαζόταν στο Μάντσεστερ, αποδέχτηκε το "πλανητικό" μοντέλο του ατόμου που είχε προταθεί το 1911 από τον Ράδερφορντ. Το μοντέλο όμως αυτό (πυρήνας και ηλεκτρόνια που περιστρέφονται σε τροχιές γύρω του) παραβίαζε τους νόμους της κλασικής ηλεκτροδυναμικής και μηχανικής, σύμφωνα με τους οποίους αποκλείονταν οι σταθερές περιστροφικές κινήσεις των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα έτσι, το άτομο δεν μπορούσε να υπάρχει σαν "δυναμικό σύστημα". Για να δώσει λύση στο πρόβλημα αυτό, ο Μπορ, ξεκινώντας από την ιδέα της κβάντωσης της ενέργειας, που είχε προταθεί το 1900 από τον μεγάλο Γερμανό φυσικό Μαξ Πλανκ στη θεωρία της ακτινοβολίας, ανέπτυξε και το 1913 δημοσίευσε μια ατομική θεωρία (που προκάλεσε τότε βαθιά εντύπωση στον Άλμπερτ Αϊνστάιν), στην οποία έδειχνε ότι η πλανητική δομή του ατόμου και οι ιδιότητες του φάσματος ακτινοβολίας του είναι δυνατό να ερμηνευθούν, αν θεωρηθεί ότι η κίνηση των ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα υπόκειται σε ορισμένους πρόσθετους-περιορισμούς, γνωστούς με το όνομα "κβαντικές συνθήκες του Μπορ". 

Σύμφωνα με αυτές, για το ηλεκτρόνιο που περιφέρεται γύρω από τον πυρήνα υπάρχουν "επιτρεπόμενες" τροχιές τέτοιες, ώστε όταν κινείται σ' αυτές δεν ακτινοβολεί ενέργεια. Μπορεί, ωστόσο, να μεταπηδήσει από μια τέτοια τροχιά σε άλλη "επιτρεπόμενη" πάλι πλησιέστερη προς τον πυρήνα και τότε εκπέμπει ένα κβάντο ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, η ενέργεια της οποί ας είναι ανάλογη προς τη συχνότητα του κύματος. Η ατομική θεωρία που στηρίζεται στις "κβαντικές συνθήκες του Μπορ", και που κατόπιν αναπτύχθηκε από τον ίδιο αλλά κυρίως από τον μεγάλο Γερμανό φυσικό Άρνολντ Ζόμμερφελντ, έδωσε για πρώτη φορά ικανοποιητική εξήγηση της εξαιρετικής σταθερότητας του ατόμου και της διατήρησης της δομής και του χαρακτήρα του φάσματος του στις σχετικά ασθενείς κρούσεις. 

Για την εργασία του αυτή τιμήθηκε, το 1922, με το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Ένα χρόνο αργότερα κατόρθωσε να ερμηνεύσει -για πρώτη φορά- το περιοδικό σύστημα του Μεντελέγιεφ, με βάση το ατομικό του πρότυπο. Εξίσου σημαντική συνεισφορά του Μπορ στην ανάπτυξη της κβαντικής θεωρίας ήταν η διατύπωση της λεγόμενης "αρχής της αντιστοιχίας", η οποία έδειχνε με ακρίβεια πότε ίσχυαν οι κβαντικοί περιορισμοί και πότε αρκούσαν οι έννοιες της κλασικής φυσικής. Η βασική ιδέα του Μπορ ήταν ότι τα δυναμικά χαρακτηριστικά των μικροσκοπικών σωματίων (δηλ. οι συντεταγμένες θέσεις, η ορμή, η ενέργεια κ.ά.), που ήταν "δανεισμένα" από την κλασική φυσική, δεν είναι ενδογενείς ιδιότητες τους. 

Η σημασία και η χαρακτηριστική τιμή των δυναμικών χαρακτηριστικών των σωματίων αποκαλύπτονται μόνο στην αλληλεπίδραση τους με "κλασικά" αντικείμενα, για τα οποία οι ποσότητες αυτές έχουν ένα ιδιαίτερο νόημα και μπορούν όλες ταυτόχρονα να έχουν μια ιδιαίτερη τιμή. (Ένα τέτοιο "κλασικό" αντικείμενο λέγεται συμβατικά όργανο μέτρησης). Η ιδέα αυτή, που έχει κεφαλαιώδη σημασία όχι μόνο για τη φυσική αλλά και για τη φιλοσοφία, είχε ως αποτέλεσμα να αναπτυχθεί μια συστηματική, εξαιρετικά γενική και χωρίς εσωτερικές αντιφάσεις θεωρία, που ερμήνευε όλες τις γνωστές διεργασίες του μικρόκοσμου για τη μη σχετικιστική περιοχή (δηλ. για την περιοχή όπου οι ταχύτητες των σωματίων είναι πολύ μικρές σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός) και η οποία, στο όριο της, καταλήγει αυτόματα στους κλασικούς νόμους και έννοιες, όταν το αντικείμενο γίνεται μακροσκοπικό. Έτσι, παράλληλα με αυτή τη θεωρία, τέθηκαν τότε και οι βάσεις της σχετικιστικής θεωρίας. 

Τέλος, ο Μπορ, επεξεργαζόμενος συνεχώς την κβαντική θεωρία του, κατέληξε το 1927 στη διατύπωση της "αρχής της συμπληρωματικότητας", η οποία ορίζει ότι, κατά την παρατήρηση του μικρόκοσμου, είναι αδύνατος ο συνδυασμός οργάνων δύο θεμελια-κά διαφορετικών τάξεων δεν υπάρχουν σύνολα "κλασικών" αντικειμένων (δηλ. συσκευών μέτρησης) σε σχέση με τα οποία το μικροαντικείμενο να έχει ταυτόχρονα ακριβείς τιμές για όλες τις δυναμικές του ποσότητες. Η "αρχή της συμπληρωματικότητας" του Μπορ, μαζί με την "αρχή της απροσδιοριστίας" του Βέρνερ Χάιζενμπεργκ και την έννοια της "πυκνότητας πιθανότητας" που εισήγαγε ο Μαξ Μπορν αναδείχτηκαν τα πλέον αξιόπιστα και έγκυρα "εργαλεία" και βοηθήματα των φυσικών για την κατανόηση και περιγραφή των ατομικών φαινομένων. 

Εξάλλου, το 1936, ο Μπορ διατύπωσε μια θεμελιακή για την πυρηνική φυσική εικόνα της πορείας των πυρηνικών αντιδράσεων, εισάγοντας το "μοντέλο της υγρής σταγόνας" για να ερμηνεύσει την πυρηνική ευστάθεια. Στο μοντέλο αυτό ο πυρήνας θεωρείται σαν "συλλογική οντότητα", ενώ τα πρωτόνια και νετρόνια του αντιστοιχούν στα μόρια μιας σταγόνας υγρού. Με βάση αυτή τη θεωρία, ανέπτυξε (1939) σε συνεργασία με τον Αμερικανό θεωρητικό φυσικό Τζων Ουήλερ τη θεωρία της πυρηνικής σχάσης, δηλ. μιας διεργασίας στη διάρκεια της οποίας απελευθερώνονται τεράστια ποσά πυρηνικής ενέργειας. Τέλος, στις δεκαετίες του 1940 και του 1950, εργάστηκε κυρίως στο πρόβλημα της αλληλεπίδρασης των στοιχειωδών σωματίων με το περιβάλλον. Πέρα όμως από το κεφαλαιώδες έργο του στη φυσική, ο μεγάλος Δανός φυσικός διακρινόταν για την ευαισθησία, την ειλικρίνεια, την ευγένεια και την προθυμία του να βοηθήσει με κάθε τρόπο συναδέλφους του και ιδιαίτερα τους κατατρεγμένους από τους ναζί Γερμανούς φυσικούς, που έβρισκαν "καταφύγιο" στο φιλόξενο Ινστιτούτο του. 

Δεν τον έθιγε καθόλου να κρίνονται τολμηρά ή κάποτε και να κατακρίνονται οι απόψεις του (ανάμεσα στους επιστήμονες που δεν δέχτηκαν τη σημασία της κβαντικής φυσικής ήταν και ο Αϊνστάιν, με τον οποίο όμως ο Μπορ συχνά συζητούσε για τις θεμελιώδεις αρχές της φυσικής). Βαθιά κοινωνικό άτομο, εξάλλου, ο Μπορ συνέλαβε, ήδη από το 1944, τα πολιτικά και άλλα μεγάλα προβλήματα που θα προέκυπταν από τη δημιουργία της ατομικής βόμβα προβλέποντας μάλιστα τις μεταπολεμικές προστριβές και συγκρούσεις των "συμμάχων", επιδίωξε έναν κοινό έλεγχο της οποιασδήποτε χρήσης της ατομικής ενέργειας με μια συμφωνία των τριών, τότε, μεγάλων δυνάμεων (ΗΠΑ, ΕΣΣΔ, και Μεγάλης Βρετανίας), ενόσω ακόμη η βόμβα δεν ήταν έτοιμη ή δεν είχε ακόμη χρησιμοποιηθεί. Για το σκοπό αυτό, στις 3 Ιουλίου 1944 συνέταξε ένα υπόμνημα προς τον πρόεδρο των ΗΠΑ Ρούζβελτ και τον Βρετανό πρωθυπουργό Ουίνστον Τσώρτσιλ, με τους οποίους συναντήθηκε λίγο αργότερα, για να τους τονίσει ότι η "καινούργια" μορφή ενέργειας ήταν δυνατό να συντελέσει στη γεφύρωση των αντιθέσεων μεταξύ της Σοβιετικής Ένωσης και των συμμάχων της. 

Πρότεινε μάλιστα -χωρίς όμως θετικό αποτέλεσμα- να αξιοποιηθούν προς την κατεύθυνση αυτή οι διεθνείς σχέσεις που είχαν αναπτυχθεί μεταξύ των επιστημόνων. Μετά τον Πόλεμο, ο Μπορ συνέχισε να εργάζεται σκληρά για την εφαρμογή του κατάλληλου ελέγχου των πυρηνικών όπλων και το 1955 οργάνωσε στη Γενεύη το Α' Διεθνές Συνέδριο για τις ειρηνικές χρήσεις της ατομικής ενέργειας, ενώ λίγο αργότερα ίδρυσε το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Πυρηνικής Φυσικής. Ο διάσημος φυσικός που υπήρξε μέλος πολλών επιστημονικών Ακαδημιών και Ινστιτούτων τιμήθηκε εκτός από το Νόμπελ και με άλλες διακρίσεις, όπως με το Αμερικανικό Βραβείο για την ειρηνική χρήση της πυρηνικής ενέργειας (Atoms for Peace Award), που καθιερώθηκε και του απονεμήθηκε το 1957. 

Από τα συγγράμματα του αναφέρονται: Ατομική θεωρία και περιγραφή της φύσεως (Atomic Theory and the Description of Nature, 1934), Ατομική φυσική και ανθρώπινη γνώση (Atomic Physic and Human Knowledge, 1958) και Δοκίμια 1958 - 1962, περί Ατομικής φυσικής και ανθρώπινης γνώσης (Essays, 1958 - 1962, on Atomic Physic and Human Knowledge, 1963), όπου με ιδιαίτερα αποκαλυπτικό τρόπο εκτίθενται οι σχέσεις και οι εποικοδομητικές συζητήσεις του Μπορ με τον Αϊνστάιν και τον Ράδερφορντ.


http://www.cdf.gr/



Δεν υπάρχουν σχόλια:
Write σχόλια