6. marts 1913: Niels Bohr deler sine tanker om atomet med Ernest Rutherford
06.03.2021
Den 6. marts 1913 sender Niels Bohr (1885-1962) sine tanker om atomets opbygning til sin mentor, Ernest Rutherford (1881-1937), ved Manchester University[1] og lægger dermed en af grundstenene til udviklingen af kvantemekanikken.[2]
Bohr afsluttede studentereksamen i 1903, vandt de Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskabs guldmedalje i 1907, rejste til Cambridge for at studere hos den britiske fysiker J. J. Thompson (1856-1940) i 1911, læste hos Rutherford forår-sommer 1912 og fik Nobelprisen i fysik i 1922.[3] Han var med andre ord et stjerneskud i en tid, hvor der skete en rivende udvikling indenfor fysikken.
I slutningen af 1800-tallet og begyndelsen af 1900-tallet havde der været en stigende interesse for atomets opbygning.[4] Thomson opdagede som den første elektronet i 1897[5], og i 1903 lancerede han sin atomteori: Atomet består af negative elektroner, der er omgivet a en positiv masse.[6] I 1911 lancerede Rutherford en ny atomteori, som tilbageviste Thompsons: Der er en lille, tæt og positivt ladet atomkerne omgivet af negativt ladede elektroner, der kredser omkring den.[7]
Bohr inkorporerede Rutherfords atomteori i sin forskning men kombinerede den med tyske Max Planks (1858-1947) revolutionerende teori om en naturkonstant – Plancks konstant – som kort og godt forklarer, at strålingsenergi udsendes i små energi-portioner – også kaldet energi-kvanter. Dermed brød Planck med den idé, man havde haft siden 1600-tallet, om, at lys består af kontinuerte bølger på samme måde som fx bølger i havet.[8] Det er helt essentielt for Bohrs forskning, fordi elektroner ifølge Bohr bevæger sig rundt om atomkernen i cirkulære kredsløb, der har bestemte energier, og derfor kan elektronerne vinde eller tabe energi på deres rejse fra et kredsløb til et andet og dermed absorbere eller udsende (emittere) stråling.[9]
Med dette udgangspunkt mente Bohr, at atomet kan ‘springe’ fra en tilstand til en anden – et kvantespring (efter Max Plancks energi-kvanter) – og at atomet altså ikke bevæger sig imellem de to tilstande.[10] Det er i grove træk udgangspunktet for at kunne bevæge sig i retning af kvantefysikken at man må acceptere, at atomet ikke går over for rødt lys, men er på den ene side af fodgængerovergangen og så på den anden side uden at have bevæget sig imellem de to punkter. Det skabte en helt ny måde at tænke teoretisk fysik på. Som Bohr selv formulerede det: “De, som ikke chokeres, når de første gang støder på kvantemekanikken, kan umuligt have forstået den.”[11]
Bohr fik i 1922 Nobelprisen i fysik for sin opdagelse af, hvordan elektronerne kredser omkring den positive protonkerne i cirkulære kredsløb.[12] Den teori er dog blevet tilbagebevist af Schrödinger, der i 1926 beskrev partikler som bølger og på den måde løste nogle centrale problemer i den teoretiske fysik.[13] Schrödingers teori er ikke blevet tilbagebevist, men der er imidlertid tradition for at mene, at det er så svært for de fleste mennesker at begribe Schrödingers atommodel, at vi alligevel lærer Bohrs model i fysiktimerne.[14]
Bohrs konklusioner omkring elektronernes kredsløb endte med at danne grundlag for kvantemekanikken, der ikke blot er altafgørende i mange af de elektroniske apparater, vi benytter på daglig basis, men i kombination med Albert Einsteins (1879-1955) relativitetsteori også har givet os muligheden for at forklare Big Bang og universets opståen.[15]
DAGS DATO 6. MARTS af Julie Hugsted / ILLUSTRATION: Ukendt fotograf, cirka 1910 [Library of Congress]
Litteraturliste:
[1] APS News, This Month in Physics History: March 6, 1913: Bohr describes his model of atom to Rutherford, March 2012 (Volume 21, Number 3)
https://www.aps.org/publications/apsnews/201203/physicshistory.cfm
[2] https://fysikleksikon.nbi.ku.dk/b/bohrmodel/
[3] https://denstoredanske.lex.dk/Niels_Bohr
[4] https://fysikleksikon.nbi.ku.dk/b/bohrmodel/
[5] https://fysikleksikon.nbi.ku.dk/b/bohrmodel/
[6] https://www.aps.org/publications/apsnews/201203/physicshistory.cfm
[7] APS News, This Month in Physics History: March 6, 1913: Bohr describes his model of atom to Rutherford, March 2012 (Volume 21, Number 3)
https://www.aps.org/publications/apsnews/201203/physicshistory.cfm
[8] http://www.rostra.dk/louis/andreart/Planck_kvanteteori.html
[9] https://www.aps.org/publications/apsnews/201203/physicshistory.cfm
[10] https://fysikleksikon.nbi.ku.dk/b/bohrmodel/
[11]
https://videnskab.dk/miljo-naturvidenskab/kvantemekanikken-og-universets-byggesten
[12] https://www.aps.org/publications/apsnews/201203/physicshistory.cfm
[13] https://www.nbi.ku.dk/hhh/bohr/bohr/koebenhavnerfortolkningen/
[14] https://videnskab.dk/miljo-naturvidenskab/niels-bohrs-atomteori-fylder-100-ar
[15] https://www.experimentarium.dk/fysik/niels-bohr/