Niels Bohr

Introduccion

Niels Henrik David Bohr figura entre los maximos arquitectos de la fisica moderna, un pensador cuyas perspectivas sobre la estructura del atomo y los fundamentos de la mecanica cuantica transformaron la comprension que tiene la humanidad de la materia y la energia en su nivel mas fundamental. Nacido el 7 de octubre de 1885 en Copenhague, Dinamarca, Bohr paso la mayor parte de siete decadas lidiando con los enigmas mas profundos que la naturaleza tenia para ofrecer, y al hacerlo remoldeo no solo la fisica sino la filosofia, la quimica y la trayectoria entera de la ciencia del siglo veinte. Su nombre es sinonimo del modelo planetario del atomo que la mayoria de las personas encuentra por primera vez en quimica escolar, pero esa imagen simplificada apenas insinua la vision de la realidad mucho mas rica y extrana que Bohr paso su carrera desarrollando. Recibio el Premio Nobel de Fisica en 1922 por sus investigaciones sobre la estructura de los atomos y de la radiacion que emiten, un reconocimiento que llego cuando tenia apenas poco mas de treinta anos y estaba en la cima de sus poderes teoricos.

Para apreciar a Bohr plenamente hay que entender el contexto en que se incorporo. En los albores del siglo veinte, los fisicos enfrentaban una crisis profunda. La mecanica clasica, el grandioso edificio construido por Newton y refinado durante dos siglos, estaba fracasando catastroficamente cuando se aplicaba al comportamiento de la materia en la escala de los atomos. Los experimentos revelaban que los electrones y los atomos no seguian las leyes de movimiento que gobernaban las bolas de billar y los planetas. La radiacion emitida por los gases calientes venia en colores discretos y caracteristicos que ninguna teoria clasica podia explicar. La misma estabilidad del atomo era un misterio, ya que segun la teoria electromagnetica establecida, un electron que orbita un nucleo deberia radiar energia continuamente y en espiral hacia adentro hasta la destruccion en una fraccion de segundo. En este vacio intelectual entraron una sucesion de mentes brillantes, y Bohr fue la mas consecuente de ellas al tender el puente entre la vieja fisica y el mundo cuantico radicalmente nuevo.

Las contribuciones de Bohr se extendieron mucho mas alla del famoso modelo de 1913. Fundo y dirigio el Instituto de Fisica Teorica en Copenhague, que se convirtio en el lugar de reunion mas importante para la fisica teorica en el mundo durante las decadas de 1920 y 1930. Participo en uno de los debates cientificos mas celebrados de la historia con Albert Einstein sobre la completitud y el significado de la mecanica cuantica. Formulo el principio de complementariedad, una de las afirmaciones filosoficas mas profundas sobre la naturaleza de la realidad fisica jamas ofrecidas por un cientifico. Contribuyo a la comprension de la fision nuclear y acuno el termino modelo de gota liquida para el nucleo. Durante la Segunda Guerra Mundial escapo de la Dinamarca ocupada por los nazis y trabajo en Los Alamos, y en los anos de la posguerra dedico enorme energia a la causa de la cooperacion internacional pacifica en la ciencia nuclear.

Infancia En Copenhague

Niels Bohr nacio en un entorno intelectual extraordinariamente estimulante en la capital danesa. Su padre, Christian Bohr, era un distinguido fisiologo que ocupaba la catedra de fisiologia en la Universidad de Copenhague y que el mismo es recordado en la historia de la ciencia por el efecto Bohr, el descubrimiento de que el dioxido de carbono en la sangre influye en la afinidad de la hemoglobina por el oxigeno. Christian Bohr era un hombre de amplia curiosidad intelectual, profundamente interesado en la filosofia y las ciencias naturales, y mantenia un salon en el hogar familiar en Bredgade que atraia a las mentes mas destacadas de Copenhague de todas las disciplinas. Los invitados incluian filosofos, cientificos e intelectuales publicos, y las conversaciones que animaban esas reuniones tocaban las preguntas mas fundamentales de la ciencia, la epistemologia y la naturaleza del conocimiento mismo.

Su madre, Ellen Adler Bohr, provenia de una prominente y culta familia judia de banqueros y educadores. Niels crecio con su hermana mayor Jenny y su hermano menor Harald, quien se convertiria en un distinguido matematico y medalla de plata olimpica en futbol en los Juegos de Londres de 1908. La cercania entre Niels y Harald duro toda la vida, y los dones matematicos de Harald fueron un estimulo constante para el pensamiento de Niels sobre los fundamentos logicos de su propio trabajo.

El filosofo Harald Hoffding era amigo intimo de Christian Bohr y participante habitual en las discusiones familiares. Sus ideas sobre la naturaleza de la conciencia, los limites de los marcos conceptuales y la imposibilidad de reducir la experiencia vivida a descripciones puramente mecanicas dejaron una impresion duradera en el joven Niels. Mas tarde en la vida, Bohr reconoceria explicitamente la influencia del pensamiento de Hoffding en su desarrollo del concepto de complementariedad.

Educacion y Trabajo Doctoral

Niels Bohr entro en la Universidad de Copenhague en 1903 para estudiar fisica, y sus anos de pregrado coincidieron con el periodo en que los fundamentos de la fisica clasica comenzaban a resquebrajarse de maneras que pronto serian catastroficas. Max Planck habia publicado su hipotesis cuantica en 1900, proponiendo que la energia se emitia en paquetes discretos en lugar de continuamente, pero las implicaciones de esa propuesta todavia se debatian y aun no habian comenzado a remodelar el campo mas amplio.

Su primer gran logro cientifico llego en el contexto de un concurso patrocinado por la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras. La academia ofrecio un premio por la mejor investigacion experimental y teorica de la tension superficial del agua, que se determinaria a partir de las vibraciones de un chorro de agua. Bohr se dedico a este problema con caracteristica intensidad, disenando y construyendo el aparato experimental en el laboratorio de fisiologia de su padre y luego elaborando el analisis teorico con gran cuidado. Su ensayo gano la medalla de oro en 1906, y una version revisada fue publicada en las Transactions de la Royal Society en 1909.

Para su tesis doctoral, Bohr se volvio hacia un problema mas fundamental y en ultima instancia mas consecuente: la teoria electronica de los metales. Bohr trabajo con la teoria con extraordinaria minuciosidad, mostrando sistematicamente donde la mecanica clasica tenia exito y, crucialmente, donde fracasaba. Su conclusion central fue que las propiedades de los metales no podian explicarse completamente usando solo la fisica clasica, y que las propiedades magneticas de los metales en particular resistian la explicacion clasica de una manera que parecia fundamental antes que meramente tecnica.

Esta conclusion fue profundamente significativa. Bohr no sabia todavia que reemplazaria a la mecanica clasica en estos dominios, pero veia claramente que algo tenia que hacerlo. Bohr definio su tesis doctoral en la Universidad de Copenhague en mayo de 1911.

Cambridge y Ernest Rutherford

Tras completar su doctorado, Bohr recibio una beca que le permitio pasar un ano posdoctoral en Inglaterra, el centro de la fisica experimental en ese momento. Fue primero a Cambridge, al Laboratorio Cavendish, donde Joseph John Thomson, el descubridor del electron en 1897, era el genio rector. Thomson habia propuesto el llamado modelo de pudding de ciruelas del atomo, en el que los electrones estaban incrustados en una esfera difusa y positivamente cargada. El modelo tenia dificultades teoricas, pero Thomson era la figura dominante en la fisica britanica.

La experiencia de Bohr en Cambridge no fue del todo exitosa. Intento discutir su trabajo doctoral sobre la teoria electronica de los metales con Thomson y senalar los lugares donde el propio modelo del atomo de Thomson encontraba dificultades, pero Thomson no fue particularmente receptivo. El punto de inflexion crucial llego a traves de una visita a Manchester, donde Ernest Rutherford tenia su laboratorio.

Rutherford habia realizado experimentos en los que particulas alfa eran disparadas contra laminas delgadas de oro, y una fraccion de las particulas alfa habia rebotado en angulos grandes, un resultado tan sorprendente que Rutherford lo comparo con disparar obuses de artilleria contra papel tissu y que rebotaran. La implicacion era que la carga positiva del atomo no estaba distribuida difusamente por su volumen como habia supuesto Thomson, sino que estaba concentrada en un nucleo diminuto y denso en el centro.

Bohr se traslado a Manchester en marzo de 1912, y los meses que paso alli fueron de los mas fertiles de su vida cientifica. El laboratorio de Rutherford era un lugar maravillosamente energico y colaborativo, muy diferente de la atmosfera algo jerarquica del Cavendish. Rutherford alentaba la discusion libre, acogia los desafios a las ideas establecidas y tenia un entusiasmo contagioso por la fisica que energizaba a todos a su alrededor.

En Manchester, Bohr comenzo a luchar con el problema central que el modelo nuclear de Rutherford planteaba. El modelo era convincente experimentalmente, pero era teoricamente catastrofico. Segun las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo, cualquier particula cargada que se mueve en una trayectoria curva debe radiar energia. Un electron que orbita un nucleo estaba por tanto perdiendo energia constantemente y debia espiralar hacia adentro, colisionando con el nucleo en un tiempo del orden de una cien millones de segundo. Los atomos reales eran claramente estables, existiendo por periodos indefinidamente largos. Ademas, la frecuencia de la radiacion emitida durante este colapso debia cambiar continuamente a medida que el electron espiral hacia adentro, produciendo un espectro continuo, mientras que los atomos reales producian lineas espectrales agudas y discretas en longitudes de onda especificas.

El Modelo Bohr del Atomo

En los primeros meses de 1913, Niels Bohr completo una trilogia de articulos que aparecieron en el Philosophical Magazine y que constituyeron una de las propuestas teoricas mas audaces y exitosas en la historia de la fisica. El primer articulo, Sobre la Constitucion de los Atomos y las Moleculas, aparecio en julio de 1913 y contenia las ideas esenciales que desde entonces se conocen como el modelo de Bohr del atomo. Este trabajo no era meramente una contribucion incremental; era una revolucion conceptual que rompia decisivamente con la fisica clasica mientras la incorporaba simultaneamente en un dominio limitador cuidadosamente definido.

El movimiento central que hizo Bohr fue introducir, sin justificacion clasica, dos postulados que estaban francamente en desacuerdo con la teoria electromagnetica existente pero que explicaban las propiedades observadas de los atomos con precision asombrosa. El primer postulado era que los electrones en los atomos ocupan ciertas orbitas especiales, que Bohr llamo estados estacionarios, sin radiar energia. Esto contradecia directamente el electromagnetismo clasico, que exigia que una particula cargada en orbita radiara continuamente. Bohr simplemente declaro que en estas orbitas especiales, las leyes electromagneticas habituales no se aplicaban.

El segundo postulado se referia a la radiacion. Bohr propuso que un electron radia o absorbe energia solo cuando salta de un estado estacionario a otro. Cuando un electron salta de un estado de mayor energia a uno de menor energia, emite radiacion cuya frecuencia esta determinada por la relacion de los fotones de Einstein: la energia del foton emitido es igual a la diferencia de energia entre los dos estados.

Aplicando estos postulados al atomo mas simple, el hidrogeno, Bohr derivo una formula para las longitudes de onda de las lineas espectrales que ya era conocida empiricamente como la formula de Balmer para las lineas visibles y la formula de Lyman para las lineas ultravioletas. El acuerdo entre la prediccion teorica de Bohr y las longitudes de onda medidas fue espectacular, mejor que una parte en mil. La constante de Rydberg, un numero empirico que caracterizaba el espectro del hidrogeno y que era conocido desde la decada de 1880, emergio de la teoria de Bohr como una combinacion de constantes fundamentales: la carga del electron, la masa del electron y la constante de Planck.

Las respuestas al articulo de Bohr fueron variadas. Entre los fisicos que mas rapidamente apreciaron su importancia estaba Einstein, quien segun se reporta exclamo que era uno de los mayores descubrimientos que habia visto. Rutherford, a quien Bohr envio el articulo antes de su publicacion, escribio alentadoramente pero planteo una pregunta perspicaz: si un electron que salta entre orbitas emite radiacion a una frecuencia especifica, como sabe de antemano a que orbita inferior esta saltando para emitir la frecuencia correcta? Esta pregunta senalaba una dificultad conceptual genuina que el modelo no resolvia y que preocuparia a Bohr y a otros durante anos.

Saltos Cuanticos y Espectros Atomicos

El salto cuantico, la idea de que un electron hace una transicion instantanea de un estado estacionario a otro, emitiendo o absorbiendo un foton en el proceso, sin pasar por ningun estado intermedio, era radicalmente diferente de cualquier cosa en la fisica clasica, donde todos los procesos eran continuos. El salto cuantico no era una transicion gradual sino un evento discreto y discontinuo, e introdujo en la fisica un tipo de brusquedad irreductible que muchos fisicos encontraron profundamente incomodo.

La relacion entre la estructura atomica y los espectros de luz emitida por atomos excitados se convirtio en uno de los programas de investigacion centrales de la decada siguiente. A traves de los anos entre 1913 y 1925, Bohr y otros fisicos desarrollaron lo que los historiadores han llamado la teoria cuantica antigua, un mosaico de reglas de cuantizacion y argumentos del principio de correspondencia que extendieron el modelo de Bohr en varias direcciones. Arnold Sommerfeld, trabajando en Munich, mostro que permitir orbitas elipticas en lugar de solo circulares, y cuantizar el momento angular en multiples dimensiones, podia explicar caracteristicas adicionales de los espectros atomicos.

Bohr mismo trabajo extensamente en lo que llamo el problema de la construccion de la tabla periodica, o en aleman Aufbau, un termino que ha permanecido en el vocabulario quimico. Desarrollo un recuento sistematico de como los electrones llenan capas sucesivas a medida que aumenta la carga nuclear, explicando por que la tabla periodica tiene la estructura que tiene, por que ciertos elementos son gases nobles quimicamente inertes, y por que los elementos en la misma columna de la tabla periodica comparten propiedades quimicas.

El Instituto de Fisica Teorica

Una de las contribuciones mas duraderas de Niels Bohr a la ciencia fue institucional mas que teorica: la creacion y direccion del Instituto de Fisica Teorica de la Universidad de Copenhague, que abrio en 1920 y que, bajo el inspirado liderazgo de Bohr, se convirtio en el centro mas importante de fisica teorica en el mundo durante las decadas de 1920 y 1930.

La idea del instituto crecio a partir de la experiencia de Bohr en el laboratorio de Rutherford en Manchester, donde la cultura de discusion colaborativa y el libre intercambio de ideas habia sido tan intelectualmente vigorizante. Bohr estaba convencido de que la fisica teorica avanzaba mas rapidamente cuando personas talentosas trabajaban juntas en estrecha proximidad, argumentando sobre problemas, desafiando las suposiciones mutuas, y compartiendo tanto la emocion del progreso como la frustracion de las dificultades.

El instituto abrio en Blegdamsvej en Copenhague en 1920. A lo largo de las dos decadas siguientes, practicamente todos los principales contribuyentes a la mecanica cuantica pasaron tiempo en el Instituto Bohr. Werner Heisenberg vino de Alemania y durante su tiempo en Copenhague hizo el avance decisivo que llevo a la mecanica matricial en 1925. Paul Dirac vino de Inglaterra. Wolfgang Pauli, cuya aguda inteligencia critica Bohr valoraba enormemente, era un visitante frecuente. Erwin Schrodinger llego a discutir su mecanica de ondas. Lev Landau llego de la Union Sovietica.

La atmosfera que Bohr creo era unica. Insistia en una cultura de honestidad intelectual completa, donde ningun argumento se aceptaba simplemente porque viniera de una autoridad, donde cada afirmacion tenia que ser examinada criticamente, y donde el objetivo siempre era acercarse mas a la verdad en lugar de defender una posicion. El estilo de trabajo de Bohr era colaborativo en un grado inusual. Raramente se sentaba solo y escribia; en cambio, pensaba en voz alta, a menudo dictando a una secretaria o colaborador, revisando sin cesar, retrocediendo a formulaciones anteriores.

Debate Con Einstein Sobre la Mecanica Cuantica

El desarrollo de la mecanica cuantica en los anos 1925 a 1926 fue uno de los episodios mas extraordinarios en la historia de la ciencia. Werner Heisenberg, trabajando en el Instituto Bohr y construyendo sobre anos de discusiones con Bohr, publico su mecanica matricial en 1925, proporcionando por primera vez una formulacion matematicamente consistente de la teoria cuantica. Pocos meses despues, Erwin Schrodinger publico su mecanica de ondas. Las dos formulaciones pronto mostraron ser matematicamente equivalentes y juntas constituyeron la mecanica cuantica.

Pero el formalismo matematico, por poderoso que fuera, no resolvio inmediatamente la pregunta de que significaba la mecanica cuantica. El debate sobre el significado de la teoria cuantica se convirtio en el sujeto del debate cientifico mas celebrado del siglo veinte, entre Niels Bohr y Albert Einstein.

Einstein habia desempenado un papel crucial en el desarrollo temprano de la teoria cuantica, pero a medida que la mecanica cuantica se desarrollaba, Einstein se volvio cada vez mas insatisfecho con lo que veia como su incompletitud fundamental y su abandono de la causalidad estricta. En 1926, en una famosa carta a Born, escribio la frase que se ha convertido en la abreviatura de su posicion: Dios no juega a los dados. Einstein creia que el caracter probabilistico de la mecanica cuantica reflejaba nuestra ignorancia de algun nivel mas profundo y deterministico de la realidad.

Bohr, por el contrario, habia llegado a creer que el caracter probabilistico de la mecanica cuantica no era un reflejo de la ignorancia sino una caracteristica fundamental de la naturaleza a nivel cuantico. Articulo esta posicion a traves del principio de complementariedad y de lo que llego a conocerse como la Interpretacion de Copenhague.

El debate entre Bohr y Einstein alcanzo su climax publico en las Conferencias Solvay, reuniones internacionales de los principales fisicos del mundo celebradas en Bruselas. La Conferencia Solvay de 1927 sobre electrones y fotones y la de 1930 sobre las propiedades magneticas de la materia fueron los principales escenarios del debate Bohr-Einstein. Einstein proponia experimentos mentales hipoticos que parecian demostrar una inconsistencia interna en la mecanica cuantica o una violacion del principio de incertidumbre de Heisenberg. Cada manana presentaba un nuevo experimento mental a Bohr durante el desayuno, y cada tarde Bohr regresaba con una refutacion. Las refutaciones de Bohr eran tipicamente sutiles y fisicamente profundas.

A pesar de la agudeza de su desacuerdo cientifico, Bohr y Einstein mantuvieron un profundo respeto mutuo y genuino afecto a lo largo de sus vidas. El ultimo dibujo sin terminar de Bohr en una pizarra en el momento de su muerte en 1962 aparentemente mostraba un boceto del experimento mental de la caja de Einstein, un testimonio de cuan profundamente el debate con Einstein habia dado forma al pensamiento de Bohr a lo largo de su carrera.

La Interpretacion de Copenhague

La Interpretacion de Copenhague es el nombre dado al conjunto de posiciones filosoficas y conceptuales sobre el significado de la mecanica cuantica que Bohr y sus colegas, particularmente Werner Heisenberg, articularon durante finales de la decada de 1920 y que se convirtio, durante varias decadas, en el marco casi universal dentro del cual los fisicos pensaban sobre su materia.

Las afirmaciones centrales de la Interpretacion de Copenhague, aunque nunca fueron establecidas en un unico documento autoritativo, pueden resumirse en varias proposiciones interconectadas. Primero, la mecanica cuantica es una teoria completa: no omite ningun elemento de la realidad fisica de su descripcion. Segundo, los sistemas fisicos no tienen valores definidos de todas las cantidades en todo momento; mas bien, las propiedades de un sistema cuantico son contextuales y dependen de que medicion se esta realizando. Tercero, el acto de medicion perturba el sistema de manera irreducible. Cuarto, la funcion de onda, que es el estado mecanico cuantico de un sistema, describe las probabilidades de los resultados de la medicion en lugar de propiedades que el sistema posee independientemente de la medicion. Quinto, los resultados de los calculos mecanicos cuanticos deben expresarse en terminos clasicos.

La Interpretacion de Copenhague ha sido desafiada desde muchas direcciones, tanto por fisicos como por filosofos. David Bohm propuso en 1952 una version determinista de variable oculta de la mecanica cuantica. Hugh Everett propuso en 1957 la interpretacion de muchos mundos. Bohr mismo no se involucro en detalle con la mayoria de estas alternativas, aunque sus respuestas a los criticos mostraron gran sofisticacion.

Complementariedad y Dualidad Onda-Particula

El principio de complementariedad fue la contribucion filosofica mas original y mas profunda de Bohr, y lo introdujo a la comunidad cientifica y filosofica mas amplia en el Congreso Internacional de Fisica en Como, Italia, en septiembre de 1927, en una conferencia que desde entonces se ha convertido en uno de los textos canonicos de la fisica del siglo veinte.

La dualidad de ondas y particulas habia sido establecida a traves de decadas de experimentos. La luz mostraba propiedades de onda inequivocas en experimentos de interferencia y difraccion. Pero la luz tambien mostraba propiedades de particula inequivocas en el efecto fotoelectrico, el efecto Compton y otros fenomenos. De manera similar, los electrones mostraban propiedades de particula en experimentos que median su carga discreta y masa, y propiedades de onda en experimentos de difraccion.

El principio de complementariedad de Bohr abordaba este enigma negando que fuera una contradiccion. Onda y particula, argumento, no eran dos descripciones de la misma cosa que eran simultaneamente verdaderas. Eran descripciones complementarias, cada una de las cuales era aplicable en cierta clase de contextos experimentales y ninguna de las cuales era completa en aislamiento. La descripcion de onda proporcionaba informacion completa sobre la distribucion espacial y temporal de la entidad cuantica y sobre los fenomenos de interferencia. La descripcion de particula proporcionaba informacion completa sobre las transferencias discretas de energia y momento. Pero las dos descripciones nunca podian ser simultaneamente completas y aplicables en el mismo contexto experimental.

Bohr tambien extendio el concepto de complementariedad mas alla de la dualidad onda-particula a un principio general sobre la descripcion de los sistemas cuanticos. La posicion y el momento eran complementarios en el mismo sentido: las condiciones experimentales que permitirian una determinacion precisa de la posicion eran incompatibles con las que permitirian una determinacion precisa del momento, como se expresa en la relacion de incertidumbre de Heisenberg.

Fision Nuclear y el Modelo de Gota Liquida

En la decada de 1930, a medida que Europa avanzaba hacia la catastrofe de la guerra, Bohr hizo contribuciones fundamentales a la comprension de la fisica nuclear, y en particular a la teoria de la fision nuclear, el proceso por el cual los nucleos atomicos pesados se dividen en fragmentos mas ligeros con la liberacion de enormes cantidades de energia.

El punto de partida para el trabajo de Bohr en fisica nuclear fue el modelo de gota liquida del nucleo atomico. Bohr propuso que el nucleo podia modelarse utilitariamente como una gota de liquido, con los nucleones desempenando el papel de las moleculas del liquido. Just as the molecules of a liquid are strongly bound to their immediate neighbors but the liquid as a whole has well-defined surface properties, so the nucleons were strongly bound to their neighbors but the nucleus as a whole had a characteristic surface energy.

En diciembre de 1938 y enero de 1939, los quimicos alemanes Otto Hahn y Fritz Strassmann, trabajando en Berlin, realizaron experimentos que mostraron que cuando el uranio era bombardeado con neutrones, el resultado incluia bario, un elemento con aproximadamente la mitad de la masa atomica del uranio. Lise Meitner, junto con su sobrino Otto Robert Frisch, que entonces trabajaba en el Instituto Bohr en Copenhague, elaboro la explicacion teorica utilizando el modelo de gota liquida para mostrar que el nucleo de uranio, despues de capturar un neutron, podia deformarse tanto que la repulsion electrica de los protones superaba la tension superficial de la gota nuclear, causando que la gota se dividiera en dos.

Bohr estaba de camino a los Estados Unidos para una visita y difundio la noticia a la comunidad de fisica americana en una conferencia en Washington en enero de 1939. Luego hizo una contribucion teorica adicional crucial. Trabajando con John Archibald Wheeler en la Universidad de Princeton, desarrollo un tratamiento teorico detallado de la fision nuclear usando el modelo de gota liquida, publicado en un articulo fundamental en Physical Review en septiembre de 1939. El articulo de Bohr-Wheeler mostro que la fisionabilidad de diferentes isotopos de uranio dependia sensiblemente de las propiedades nucleares de esos isotopos.

Escape de la Dinamarca Ocupada Por los Nazis

Dinamarca fue ocupada por la Alemania nazi el 9 de abril de 1940. Para los primeros anos de la ocupacion, los alemanes adoptaron una politica relativamente leniente hacia Dinamarca, permitiendo que el gobierno danes permaneciera en su lugar y no implementando inmediatamente las virulentas leyes antijudias que habian aplicado en Alemania y Polonia. Esta politica de acomodacion le permitio a Bohr permanecer en Dinamarca y continuar trabajando en su instituto a traves de 1940, 1941 y la mayor parte de 1942.

Bohr recibio una visita de Werner Heisenberg en septiembre de 1941 que desde entonces se ha convertido en uno de los episodios mas discutidos y mas misteriosos en la historia de la ciencia. Heisenberg era entonces la figura principal en el programa de armas nucleares aleman, el Uranprojekt. El contenido de su conversacion privada nunca se ha establecido con certeza. La conversacion termino mal, con Bohr profundamente perturbado, y la relacion entre los dos hombres fue permanentemente danada.

Para 1943 la situacion en Dinamarca se habia oscurecido gravemente. Las autoridades alemanas se preparaban para redondear y deportar a la poblacion judia danesa. El rescate danes de los judios en octubre de 1943, en el que el pueblo danes organizo una notable operacion para contrabandear a practicamente toda la poblacion judia de Dinamarca a traves del sonido hacia Suecia antes de que los alemanes pudieran actuar, fue uno de los actos mas extraordinarios de resistencia civil en la Segunda Guerra Mundial.

Bohr fue advertido a finales de septiembre de 1943 a traves de la resistencia danesa que estaba a punto de ser arrestado por la Gestapo. Huyo a Suecia en la noche del 29 al 30 de septiembre, cruzando el sonido en un bote pequeno con su hijo Aage. Desde Suecia, transmitio un mensaje a traves de la BBC Radio instando al pueblo danes a proteger a sus vecinos judios. Desde Suecia, Bohr fue transportado a Gran Bretana en la bodega de bombas de un avion de Havilland Mosquito britanico.

El Proyecto Manhattan y los Alamos

Bohr llego a los Estados Unidos en diciembre de 1943 y se unio al Proyecto Manhattan, el enorme esfuerzo americano para desarrollar las primeras armas nucleares. Por razones de seguridad, le dieron el seudonimo Nicholas Baker, que sus colegas rapidamente abreviaron a Tio Nick. El papel de Bohr en el Proyecto Manhattan era el de consultor cientifico senior mas que lider tecnico. Visito los principales sitios del proyecto, incluido el laboratorio de Los Alamos en Nuevo Mexico, que estaba dirigido por J. Robert Oppenheimer.

En Los Alamos, Bohr fue bien recibido por Oppenheimer y por la extraordinaria coleccion de fisicos que habian sido reunidos alli de Gran Bretana, los Estados Unidos y Europa, incluidos muchos que habian estado en el Instituto Bohr o que habian trabajado en la comunidad de fisica teorica europea antes de la guerra. Bohr contribuyo a las discusiones tecnicas en Los Alamos, particularmente con respecto al diseno del arma.

Pero la mente de Bohr en Los Alamos estaba cada vez mas ocupada no con los problemas tecnicos del diseno de la bomba sino con las implicaciones politicas y morales de lo que se estaba construyendo. Habia llegado a estar convencido de que el desarrollo exitoso de armas nucleares cambiaria fundamentalmente la naturaleza de las relaciones internacionales y de que el mundo de la posguerra enfrentaria peligros de un orden enteramente nuevo. Estas ideas llevaron a Bohr a buscar reuniones con los lideres politicos de las potencias Aliadas durante el verano y otono de 1944.

Apertura En la Ciencia Nuclear

La defensa de la apertura internacional en la ciencia nuclear fue uno de los compromisos centrales de la vida de posguerra de Bohr, y expreso sus convicciones mas profundas tanto sobre la fisica como sobre la politica. El argumento central que hizo fue que el conocimiento de la fisica nuclear era demasiado importante y demasiado peligroso para ser posesion exclusiva de cualquier nacion, y que la unica manera de prevenir una carrera armamentista nuclear catastrofica era colocar la ciencia y la tecnologia nuclear bajo control internacional.

En 1950 escribio una carta abierta a las Naciones Unidas, publicada simultaneamente en importantes periodicos de todo el mundo, que expuso su caso por la apertura internacional en la ciencia nuclear con gran claridad y fuerza. La carta argumentaba que el desarrollo de armas nucleares habia creado una situacion en la que el enfoque tradicional hacia la seguridad nacional basado en la preparacion militar y el secreto no era meramente insuficiente sino contraproducente.

Bohr fue uno de los fundadores de las Conferencias de Pugwash sobre Ciencia y Asuntos Mundiales, una serie de conferencias iniciadas en 1957 que reunian a cientificos del Este y del Oeste para discutir los peligros de las armas nucleares. El movimiento de Pugwash fue galardonado con el Premio Nobel de la Paz en 1995.

Regreso a Dinamarca y Trabajo En Tiempos de Paz

Bohr regreso a Copenhague y a su instituto con gran energia en los anos de la posguerra, reanudando el liderazgo cientifico y las funciones de hospedaje internacional que la ocupacion habia interrumpido. El instituto fue reconstruido y ampliado, con nuevas instalaciones para la fisica nuclear experimental que complementaban el trabajo teorico que siempre habia sido su actividad principal. Bohr era ahora una figura internacional de primer rango, conocida no solo por los fisicos sino por un publico mas amplio.

El programa cientifico del instituto en los anos de la posguerra era amplio, reflejando la expansion de la fisica en la era de aceleradores y reactores nucleares. Bohr mismo continuo pensando sobre los fundamentos, escribiendo importantes articulos sobre el problema de la medicion en la mecanica cuantica y sobre la relacion entre la mecanica cuantica y la fisica clasica.

Bohr recibio muchos honores en los anos de posguerra. Fue galardonado con el primer Premio Atomos para la Paz en 1957, otorgado por la Fundacion Ford para reconocer contribuciones al uso pacifico de la energia atomica. Recibio titulos honorarios de universidades en Gran Bretana, los Estados Unidos, Alemania, la Union Sovietica y muchos otros paises.

Vida Personal y Familia

Detras de la figura publica del fisico, director del instituto y defensor internacional habia un hombre privado de calidez, humor y profunda conexion humana cuya vida personal era tan rica como la cientifica. Niels Bohr se caso con Margrethe Norlund el 1 de agosto de 1912, en el periodo entre su regreso de Manchester y la escritura de los grandes articulos de 1913. Margrethe era la hermana del matematico Niels Erik Norlund, y era una mujer de inteligencia, practicidad y gran fuerza personal que probo ser la pareja ideal para un hombre de la personalidad intensa y algo ajena al mundo de Bohr.

Margrethe Bohr desempeno un papel en la vida cientifica de su marido que iba mucho mas alla de la esfera domestica. Sirvio como su primera audiencia y caja de resonancia, sentada durante muchas horas de dictado mientras Bohr elaboraba sus ideas en palabras, y su buen sentido practico e insistencia en la claridad a menudo le ayudaron a identificar cuando un argumento era genuinamente comprendido y cuando solo parecia serlo.

Niels y Margrethe tuvieron seis hijos, nacidos entre 1916 y 1928. El mayor, Christian, murio tragicamente en un accidente de navegacion en 1934 cuando su bote viro en una rafaga frente a la costa de Dinamarca. Christian tenia dieciocho anos. Su hijo Aage, nacido en 1922, siguio a su padre en la fisica. Aage trabajo junto a su padre en Los Alamos durante los anos de guerra y luego regreso a Copenhague, donde eventualmente se convirtio en director del Instituto Niels Bohr tras la muerte de su padre. En 1975, Aage Bohr fue galardonado con el Premio Nobel de Fisica.

El amor de Bohr por el deporte y el aire libre era genuino y de toda la vida. Era un apasionado esquiador y llevaba a su familia a las montanas regularmente. Era tambien un jugador de futbol de verdadera habilidad en su juventud, aunque siempre el menos habil de los dos hermanos Bohr en el campo de futbol.

Legado E Influencia En la Fisica

El legado de Niels Bohr en la fisica es tan extenso y tan profundo que es genuinamente dificil estudiarlo comprehensivamente en una sola discusion. Sus contribuciones abarcan la estructura atomica, la mecanica cuantica, la fisica nuclear y la filosofia de la ciencia, y en cada una de estas areas su trabajo sigue siendo fundamental.

El modelo de Bohr de 1913, aunque superado por la mecanica cuantica plena desarrollada entre 1925 y 1930, sigue siendo ampliamente utilizado como herramienta pedagogica y como primera aproximacion para muchos calculos practicos. El concepto del orbital atomico, el refinamiento mecanico de ondas de la orbita estacionaria de Bohr, es la base de la teoria atomica moderna y de practicamente toda la quimica teorica. La tabla periodica, que Bohr explico en terminos de llenado sucesivo de capas, sigue siendo el marco organizador de la quimica.

El principio de complementariedad ha tenido una influencia que se extiende mas alla de la fisica. La idea de que una descripcion completa de un fenomeno complejo puede requerir marcos conceptuales mutuamente excluyentes, cada uno aplicable en un contexto diferente y cada uno capturando caracteristicas reales del fenomeno, se ha aplicado en filosofia, biologia, psicologia y ciencias sociales.

El modelo de gota liquida de Bohr del nucleo y la teoria de Bohr-Wheeler de la fision nuclear son los fundamentos de la ingenieria nuclear. Cada reactor nuclear y cada arma nuclear construida desde 1945 depende de la fisica elaborada en los articulos de Bohr y en el trabajo posterior que inspiraron.

El elemento bohrio, elemento 107 de la tabla periodica, fue nombrado en honor de Bohr por la Union Internacional de Quimica Pura y Aplicada, un reconocimiento que lo coloca en la pequena compania de cientificos cuyas contribuciones a nuestra comprension del atomo fueron tan fundamentales que merecen conmemoracion en la tabla periodica misma.

En la esfera cultural mas amplia, la influencia de Bohr se ha sentido en la literatura, el teatro y las humanidades. La obra de teatro Copenhagen de Michael Frayn, que dramatiza la reunion de 1941 entre Bohr y Heisenberg, se ha presentado en docenas de paises y en muchos idiomas, introduciendo a Bohr y los temas filosoficos de su obra a audiencias mucho mas alla de la comunidad de la fisica.

Conclusion

Niels Bohr murio el 18 de noviembre de 1962, en Copenhague, de insuficiencia cardiaca, en la ciudad donde habia nacido setenta y siete anos antes. Murio en su instituto, rodeado del trabajo y los colegas que habian sido la sustancia de su vida cientifica.

El siglo que ha pasado desde los grandes articulos de Bohr de 1913 ha vindicado su juicio en casi todos los puntos que importaban. La mecanica cuantica que ayudo a crear ha demostrado ser no meramente la teoria fisica mas exitosa en la historia sino la base de practicamente toda la tecnologia moderna: la electronica, los laseres, la imagen por resonancia magnetica, los materiales de la ingenieria moderna y los dispositivos computacionales que han transformado todos los aspectos de la vida humana son todas aplicaciones de la mecanica cuantica.

Bohr mostro con el ejemplo de su propia vida que un cientifico podia estar plenamente comprometido con las preguntas teoricas mas abstractas mientras tambien estaba profundamente preocupado por las consecuencias humanas del trabajo cientifico. Su defensa de la apertura internacional en la ciencia nuclear, su insistencia en las responsabilidades morales de los cientificos, y su vision de un mundo en el que el conocimiento cientifico era la herencia comun de la humanidad en lugar de la posesion exclusiva de cualquier nacion, fueron expresiones de un humanismo que informaba todo lo que hacia.

El fisico que se sentaba en el estudio de su padre escuchando conversaciones sobre ciencia y filosofia, que nado en el frio mar danes, que jugo al futbol con su hermano Harald, que se enamoro de las ecuaciones de los espectros atomicos y paso una vida descifrando su significado, que huyo a traves del agua oscura a Suecia en un bote pequeno, que camino por las mesas de Los Alamos discutiendo con Oppenheimer sobre el futuro del mundo, y que regreso al final a la ciudad de su nacimiento para morir en el instituto que habia construido, fue uno de los seres humanos mas completos asi como uno de los cientificos mas creativos del siglo veinte.

Fuentes

www.countryreports.org www.nobelprize.org/prizes/physics/1922/bohr/biographical/ www.nobelprize.org/prizes/physics/1922/bohr/lecture/ www.nbi.ku.dk/english/www/niels-bohr-archive/ www.nbi.ku.dk/english/www/bohr-and-his-legacy/ www.aip.org/history-programs/niels-bohr-library www.aps.org/publications/apsnews/201310/bohr.cfm www.iop.org/EJ/journal/PhysEd www.loc.gov/collections/emilio-segre-visual-archives/ www.pugwash.org/about/history/ www.atomicheritage.org/history/niels-bohr www.pbs.org/wgbh/americanexperience/features/manhattan-bohr/ www.oeaw.ac.at/resources/niels-bohr-institute

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Bohr y el Desarrollo de la Quimica Cuantica

Una de las consecuencias mas importantes aunque a veces subestimadas del trabajo de Bohr fue su impacto en el desarrollo de la quimica cuantica. Antes de Bohr, la quimica era una ciencia empirica organizada alrededor de la tabla periodica y las leyes de la combinacion quimica, pero no tenia ningun fundamento teorico que pudiera explicar por que los atomos se combinaban de la manera en que lo hacian o por que diferentes elementos tenian diferentes propiedades quimicas. El modelo de Bohr, al proporcionar un recuento fisico del arreglo de los electrones en los atomos, puso el primer fundamento teorico genuino para la quimica y senalo el camino hacia la teoria mecanica cuantica del enlace quimico que se desarrollo en las decadas de 1920 y 1930.

La conexion mas directa fue a traves de la explicacion de la tabla periodica. El trabajo de Bohr sobre la construccion de las capas de electrones mostro que las propiedades quimicas de un elemento estaban determinadas por el numero y la disposicion de sus electrones mas externos, los de la capa de mayor energia ocupada. Los elementos con el mismo numero de electrones externos, como el sodio y el potasio, o el oxigeno y el azufre, tenian propiedades quimicas similares porque los electrones externos, que participaban en el enlace quimico, estaban dispuestos de manera similar. Los elementos cuyas capas externas estaban completamente llenas, los gases nobles helio, neon, argon, kripton y xenon, eran quimicamente inertes porque sus configuraciones electronicas eran maximamente estables y no ofrecian ninguna oportunidad de enlace con otros atomos. Estas observaciones, que Bohr articulo sistematicamente en sus articulos de 1921 y 1922, transformaron la tabla periodica de una regularidad empirica en una consecuencia de la cuantizacion de los niveles de energia de los electrones.

El desarrollo de la mecanica cuantica en 1925 y 1926 rapidamente encontro aplicacion en la quimica. Walter Heitler y Fritz London aplicaron la mecanica de ondas a la molecula de hidrogeno en 1927, mostrando por primera vez como dos atomos de hidrogeno, cada uno con un electron, podian formar un enlace covalente a traves de la interaccion de intercambio mecanocuantico. Su calculo mostro que el enlace implicaba una reduccion en la energia total del sistema de dos electrones cuando los electrones eran compartidos entre los dos nucleos, y que esta reduccion de energia era un efecto puramente mecanocuantico sin analogia clasica. Este fue el nacimiento de la quimica cuantica, y crecio directamente del fundamento que Bohr habia puesto.

La aplicacion de la quimica cuantica a las moleculas organicas, los polimeros y los sistemas biologicos transformo la comprension de la quimica durante mediados del siglo veinte. El trabajo de Linus Pauling sobre la naturaleza del enlace quimico, por el que recibio el Premio Nobel de Quimica en 1954, fue en muchos aspectos una extension de la perspectiva de Bohr sobre la conexion entre la configuracion electronica y las propiedades quimicas. El concepto de hibridacion, por el que las estructuras de orbital de los atomos de carbono se combinan para crear la geometria tetraedrica del metano o la geometria plana del benceno, fue elaborado usando la mecanica cuantica que la teoria atomica de Bohr habia ayudado a inspirar.

En la quimica computacional moderna, el modelo de Bohr y sus sucesores son el fundamento de la teoria de orbitales moleculares y la teoria funcional de densidad que se utilizan para calcular las propiedades de las moleculas desde primeros principios. Estos calculos, realizados ahora rutinariamente en computadoras, se utilizan para disenar nuevos farmacos, nuevos materiales y nuevos catalizadores, todos aplicaciones de la teoria mecanocuantica del enlace quimico que el trabajo de Bohr ayudo a iniciar.

Influencias Filosoficas de Bohr y la Tradicion Intelectual Danesa

Para comprender a Bohr plenamente como pensador, uno debe apreciar la tradicion filosofica en la que estaba inmerso y las influencias intelectuales especificas que dieron forma a su enfoque de los problemas. Bohr no era principalmente un matematico de la manera en que Dirac o Heisenberg lo eran; era un fisico cuyas perspectivas mas profundas a menudo se expresaban en lo que podria llamarse lenguaje filosofico, en un analisis cuidadoso de lo que significan los conceptos y lo que puede y no puede decirse sobre los sistemas fisicos.

La influencia filosofica mas directa sobre Bohr fue el filosofo danes Harald Hoffding, quien era amigo intimo de su padre y una presencia habitual en el hogar de Bohr durante su infancia y adolescencia. Hoffding era un pensador sistematico que escribio extensamente sobre la historia de la filosofia, la psicologia y la teoria del conocimiento, y su preocupacion central era la relacion entre los diferentes niveles de descripcion de la realidad: lo mecanico y lo vital en la biologia, lo objetivo y lo subjetivo en la psicologia, lo individual y lo universal en la etica. El concepto de que diferentes niveles de descripcion podian ser mutuamente irreducibles, que la descripcion completa de un fenomeno en un nivel no agotaba lo que podia decirse significativamente al respecto en otro nivel, era central para el pensamiento de Hoffding, y es claramente ancestral al principio de complementariedad de Bohr.

Bohr tambien fue profundamente influenciado por el escritor danes Soren Kierkegaard, cuyo concepto de las etapas de la existencia y cuya insistencia en la irreductibilidad de la paradoja en la experiencia humana resonaron con el propio sentido de Bohr de que la naturaleza a nivel cuantico contenia paradojas conceptuales genuinas que no podian resolverse mediante la imposicion de un unico marco consistente. Los paralelismos entre el o-lo-uno-o-lo-otro de Kierkegaard y la complementariedad de Bohr han sido senalados por los estudiosos, aunque el propio Bohr era cauteloso sobre reclamar una genealogia filosofica demasiado directa.

La tradicion intelectual danesa de finales del siglo diecinueve y principios del veinte tambien era notable por su enfasis en la comunidad, el dialogo y el caracter social del conocimiento. Los grupos de discusion filosofica y las sociedades cientificas que eran una caracteristica de la vida intelectual de Copenhague no eran meramente ocasiones sociales sino comunidades intelectuales genuinas en las que las ideas eran probadas y refinadas a traves del argumento y la discusion. El habito de Bohr de pensar los problemas en dialogo mas que en soledad, su enfasis en la discusion y el debate en el instituto, y su insistencia en lograr una comprension compartida en lugar de simplemente ganar argumentos, todos reflejaban esta tradicion danesa.

Bohr y la Segunda Generacion de Fisicos Cuanticos

La segunda generacion de fisicos cuanticos, aquellos que construyeron sobre el fundamento de Bohr en las decadas de 1920, 1930 y mas alla, constituye una de las colecciones mas notables de talento cientifico jamas reunidas. La influencia de Bohr en esta generacion fue enorme, tanto a traves de sus ideas teoricas como a traves de las relaciones personales que formo con los jovenes cientificos que vinieron a su instituto.

Werner Heisenberg, nacido en 1901, fue quizas el mas directamente influenciado. Vino a Copenhague por primera vez en 1922 para escuchar las conferencias de Bohr sobre la estructura atomica, y la impresion que Bohr le causo fue decisiva y permanente. Heisenberg trabajo en el Instituto Bohr en 1924 y 1925, y fue durante su tiempo alli, en dialogo intenso con Bohr y Kramers sobre el problema de la analogia clasica en la fisica atomica, que Heisenberg desarrollo las ideas clave que llevaron a la mecanica matricial. El famoso articulo de Heisenberg de 1925, que introdujo la nueva mecanica cuantica, emergio directamente del entorno intelectual del Instituto Bohr y de la direccion conceptual que Bohr habia estado senalando durante anos.

Paul Dirac, nacido en 1902, vino a Copenhague y fue profundamente influenciado tanto por las ideas fisicas de Bohr como por el estilo de pensamiento que Bohr exemplificaba, aunque el enfoque matematico de Dirac era muy diferente del mas intuitivo de Bohr. La ecuacion relativista de Dirac para el electron, publicada en 1928, que predecia la existencia de la antimateria y se convirtio en una de las ecuaciones mas hermosas de la fisica, estaba informada por el marco conceptual que Bohr habia ayudado a crear.

Wolfgang Pauli, cuya aguda inteligencia critica era temida y respetada en toda la comunidad de fisica, tenia una relacion con Bohr que era particularmente intensa y productiva. Pauli era uno de los criticos mas valorados de Bohr, precisamente porque sus estandares de rigor eran tan altos y su capacidad para identificar la confusion tan penetrante. La correspondencia entre Bohr y Pauli, que ha sido estudiada extensamente por los historiadores de la ciencia, es uno de los grandes documentos de la fisica del siglo veinte, mostrando dos formidables mentes comprometidas con los problemas mas profundos de la teoria cuantica con extraordinaria franqueza y sutileza.

Lev Landau, el gran fisico sovietico que se convirtio en una de las figuras dominantes en la fisica teorica en la Union Sovietica, paso tiempo en el Instituto Bohr en 1929 y 1930 y fue profundamente influenciado por el enfoque de Copenhague. Landau mas tarde desarrollo la serie de libros de texto de fisica de Landau-Lifshitz que se convirtio en la referencia estandar para la fisica teorica en la Union Sovietica y se uso ampliamente en todo el mundo, y el enfoque de la fisica encarnado en esos libros lleva la clara impronta de lo que Landau habia absorbido en Copenhague.

Yoshio Nishina, el fisico japones, visito el Instituto Bohr a finales de la decada de 1920 y llevo el espiritu de Copenhague de la fisica de regreso a Japon, donde fundo el Laboratorio Nishina en RIKEN y entrenO a la generacion de fisicos japoneses que hicieron importantes contribuciones a la fisica nuclear y de particulas a mediados del siglo veinte.

La influencia de Bohr en los americanos que vinieron a su instituto fue igualmente profunda. John Archibald Wheeler, quien colaboro con Bohr en la teoria de la fision nuclear y quien se convirtio en uno de los fisicos teoricos mas creativos y de mas amplio alcance de la era de posguerra, siempre reconocio a Bohr como su influencia intelectual mas importante. Wheeler a su vez entrenO a una generacion de fisicos americanos, incluidos Richard Feynman y Kip Thorne, y la tradicion de Bohr puede rastrearse asi a traves de varias generaciones de descendencia cientifica a una gran fraccion de la comunidad de fisica teorica en los Estados Unidos.

Bohr y la Fisica Experimental

Aunque Bohr es recordado principalmente como fisico teorico, su relacion con la fisica experimental fue mas que pasajera. Su trabajo doctoral habia involucrado verdadera habilidad experimental en la investigacion de la tension superficial del agua. Su comprension de la fisica experimental era detallada y sofisticada, informada por anos de estrecho contacto con experimentalistas de la calibre de Rutherford, Franck y otros. Y su trabajo teorico siempre estuvo estrechamente acoplado a los datos experimentales, nunca apartandose del fundamento empirico por el bien de la elegancia teorica sola.

Los experimentos que confirmaron el modelo de Bohr fueron realizados por muchos grupos, pero varios fueron particularmente importantes. El experimento de Frank y Hertz de 1914, que mostro que los electrones perdian energia a los atomos de mercurio solo en cantidades discretas correspondientes a los niveles de energia del modelo de Bohr, fue una de las confirmaciones mas directas de los niveles de energia cuantizados y les valio a James Franck y Gustav Hertz el Premio Nobel de Fisica en 1925. El experimento de Compton de 1923, que mostro que los rayos X dispersados por los electrones se comportaban como particulas con momento definido, confirmo la imagen del foton que el modelo de Bohr presuponla y le valio a Arthur Compton el Premio Nobel de Fisica en 1927. El experimento de Davisson-Germer de 1927, que mostro la difraccion de electrones y confirmo la hipotesis de la onda de materia de de Broglie, fue un fundamento experimental crucial para la mecanica de ondas.

Bohr siguio estos desarrollos experimentales con gran atencion y contribuyo a su interpretacion. La disputa sobre el efecto Compton en 1923 y 1924 es un episodio revelador: Bohr inicialmente resistio aceptar la interpretacion del foton del efecto Compton y propuso una teoria alternativa, la teoria BKS desarrollada con Kramers y Slater, que intento preservar la teoria de ondas de la luz al costo de abandonar la conservacion estricta de la energia en eventos individuales. La teoria BKS fue rapidamente refutada por el experimento, y Bohr reconocio la refutacion de inmediato y por completo, regresando a la imagen del foton y usando el episodio como evidencia del caracter genuinamente novedoso de los fenomenos cuanticos. La disposicion a formular una hipotesis audaz, probarla contra el experimento y reconocer un resultado negativo decisivo limpiamente y sin racionalizacion fue una de las caracteristicas mas admirables de la personalidad cientifica de Bohr.

Bohr y la Bomba Atomica: Reflexiones Morales y Politicas

La relacion entre Niels Bohr y el desarrollo de la bomba atomica es una de las historias moralmente mas complejas en la historia de la ciencia. Bohr no estaba entre los cientificos que inicialmente propusieron el desarrollo de armas nucleares; era profundamente esceptico de que se pudiera construir un arma en tiempos de guerra incluso despues del descubrimiento de la fision. Sin embargo, la fisica a la que habia contribuido, tanto la teoria mecanocuantica de los atomos como su propio modelo de gota liquida del nucleo, era fundamental para el desarrollo de la bomba. Y una vez que quedo claro que se construirian armas, Bohr eligio contribuir al programa Aliado en lugar de mantenerse al margen.

Sus razones para contribuir eran claras en su propia mente: si se iban a desarrollar armas nucleares, era esencial que los Aliados las desarrollaran primero y que las implicaciones politicas de la posguerra fueran comprendidas y manejadas tan inteligentemente como fuera posible. La participacion de Bohr en el Proyecto Manhattan fue por tanto no un abrazo entusiasmado del programa de armas sino un compromiso calculado impulsado por su conviccion de que su presencia podia influir tanto en el resultado tecnico como, mas importante, en la discusion politica que seguiria.

Las cuestiones morales que planteo la bomba eran aquellas sobre las que Bohr habia pensado con gran seriedad. El uso real de la bomba atomica contra las ciudades de Hiroshima y Nagasaki fue profundamente perturbador para Bohr, como lo fue para muchos de los cientificos que habian trabajado en el Proyecto Manhattan. Los bombardeos mataron a mas de doscientas mil personas, la gran mayoria de ellas civiles, y causaron sufrimientos a una escala sin precedentes en la historia de la guerra. La defensa de posguerra que ocupo tanto de la energia de Bohr en los ultimos diecisiete anos de su vida fue en parte un esfuerzo por redimir algo de la catastrofe.

Honores, Premios y Reconocimiento

El reconocimiento que llego a Niels Bohr durante su vida fue acorde con sus extraordinarias contribuciones a la ciencia y a la vida publica. El Premio Nobel de Fisica en 1922 fue el mas prestigioso de estos honores, pero estuvo lejos de ser el unico. Fue elegido Fellow de la Royal Society de Londres en 1926 y recibio la Medalla Copley, el honor mas alto de la Sociedad, en 1938. Fue galardonado con la Medalla Max Planck de la Sociedad Fisica Alemana en 1930, un reconocimiento que fue particularmente significativo dado que la hipotesis cuantica de Planck habia sido el punto de partida para gran parte del propio trabajo teorico de Bohr.

En su Dinamarca natal, Bohr era un heroe nacional de primer rango, reverenciado no solo por sus logros cientificos sino por su comportamiento durante la ocupacion alemana y por el prestigio internacional que su instituto traia a Dinamarca. El Primer Premio Atomos para la Paz, que Bohr recibio en 1957 de la Fundacion Ford, fue un honor que valoraba particularmente porque reconocia su defensa del uso pacifico de la energia nuclear y del control nuclear internacional asi como sus contribuciones cientificas.

El elemento bohrio, elemento 107 de la tabla periodica, fue nombrado en honor de Bohr por la Union Internacional de Quimica Pura y Aplicada, un reconocimiento que lo coloca en la pequena compania de cientificos cuyas contribuciones a nuestra comprension del atomo fueron tan fundamentales que merecen conmemoracion en la tabla periodica misma. Un crater en la luna lleva su nombre. El Archivo Niels Bohr en Copenhague, que contiene sus papeles, correspondencia y los registros del instituto, es una de las colecciones mas importantes para la historia de la fisica en el siglo veinte y atrae a investigadores de todo el mundo.

Bohr En Perspectiva Historica

En la perspectiva mas larga de la historia de la ciencia, Niels Bohr ocupa una posicion comparable solo a un punade de figuras en toda la historia del pensamiento cientifico. Los fisicos que han hecho contribuciones de comparable profundidad y alcance incluyen a Newton, Maxwell, Einstein, y quizas a un pequeno numero de otros. Lo que coloca a Bohr en esta compania no es simplemente el numero o la dificultad tecnica de sus contribuciones sino la manera en que su trabajo cambio el marco conceptual dentro del cual se conducia la ciencia.

Antes de Bohr, la aspiracion de la fisica, tal como fue articulada mas claramente por el gran matematico y fisico frances Pierre-Simon Laplace a principios del siglo diecinueve, era la descripcion determinista completa de todos los fenomenos fisicos: dados las posiciones y velocidades de todas las particulas en un momento, las leyes de la mecanica clasica determinarian en principio el estado del universo en todos los tiempos futuros. Esta aspiracion, la vision de un universo de relojeria completamente cognoscible en principio si no en la practica, era uno de los supuestos mas profundos de la vision cientifica del mundo tal como se habia desarrollado desde Newton.

El trabajo de Bohr, y la mecanica cuantica que ayudo a crear, derrocaron decisivamente esta vision. El universo no es, en el nivel mas profundo, deterministico. Los eventos cuanticos individuales son genuinamente impredecibles; solo su distribucion estadistica a lo largo de muchos eventos puede calcularse. Las propiedades de los sistemas cuanticos no estan bien definidas independientemente de los contextos experimentales en que se miden. Los limites sobre el conocimiento simultaneo expresados en las relaciones de incertidumbre de Heisenberg no son limitaciones sobre nuestros instrumentos sino caracteristicas de la naturaleza misma. Estas conclusiones, que Bohr elaboro, defendio y articulo con profundidad filosofica sin igual, han transformado nuestra comprension de lo que la ciencia puede aspirar a conocer y lo que significa decir que algo es fisicamente real.

La significacion historica de Bohr tambien es inseparable de su papel en el desarrollo de lo que podria llamarse la comunidad cientifica moderna. El internacionalismo, el espiritu colaborativo, la cultura del debate abierto, la insistencia en el libre intercambio de ideas a traves de fronteras nacionales y politicas, que el encarno y promovio a traves del Instituto Niels Bohr y a traves de su defensa mas amplia son ahora las caracteristicas definitorias de la empresa cientifica internacional. La comunidad cientifica mundial que existe hoy en dia, con sus servidores de preimpresion, sus conferencias internacionales, sus centros de investigacion colaborativa y su cultura de publicacion abierta, es en aspectos importantes la realizacion de la vision que Bohr persiguio a lo largo de su carrera.

El atomo pacifico, la vision de la energia nuclear como fuente de abundancia en lugar de destruccion, fue otro aspecto del legado de Bohr que merece consideracion historica. Las plantas de energia nuclear en todo el mundo generan una fraccion significativa de la electricidad mundial, proporcionando energia libre de carbono que contribuye a la mitigacion del cambio climatico. Las aplicaciones medicas de la fisica nuclear, incluida la radioterapia para el cancer y el uso de trazadores radioactivos en el diagnostico por imagen, salvan muchas vidas cada ano. Estos beneficios de la tecnologia nuclear son reales, incluso si son eclipsados en la imaginacion popular por el potencial destructivo de las armas nucleares, y son consecuencias de la fisica basica que Bohr ayudo a descubrir.

La ambivalencia sobre la tecnologia nuclear que caracteriza el discurso publico en el siglo veintiuno, el reconocimiento de su extraordinario potencial y su extraordinario peligro, fue anticipada en el propio pensamiento de Bohr. El no era un animador utopico de la energia nuclear ni un profeta distopico del apocalipsis nuclear; era un analista de vision clara que veia ambos lados con claridad inusual y que dedico las ultimas decadas de su vida a elaborar las implicaciones institucionales y politicas. Su conclusion, de que ni la energia nuclear ni las armas nucleares podian gestionarse de forma segura dentro del marco existente de soberanias nacionales competidoras y de que se requeria un nuevo nivel de cooperacion internacional, sigue siendo tan valida y tan urgentemente relevante en el siglo veintiuno como lo era en 1944 cuando la articulo claramente por primera vez.

La vision de Bohr del mundo de la posguerra, con sus instituciones internacionales capaces de asegurar la transparencia mutua y prevenir el uso de armas nucleares, era visionaria en 1944 y sigue siendo un objetivo no logrado en el segundo cuarto del siglo veintiuno. Los tratados de control de armas que se han celebrado desde entonces, desde el Tratado de Prohibicion Parcial de Pruebas Nucleares de 1963 hasta el Tratado de No Proliferacion de 1968 y el Tratado sobre la Prohibicion de las Armas Nucleares de 2017, representan pasos parciales hacia la vision de Bohr pero estan lejos de realizarla plenamente. La humanidad sigue viviendo bajo la sombra de las armas nucleares, exactamente como Bohr advirtio que sucederia si no se lograba el tipo de cooperacion internacional que el abogaba.

En este sentido, el legado de Bohr incluye no solo sus contribuciones a nuestra comprension de la naturaleza sino tambien una advertencia no oida, un diagnosico de un peligro existencial que sigue siendo valido y una prescripcion para su remedio que sigue sin implementarse. Para apreciar plenamente a Niels Bohr es necesario reconocer tanto el triunfo de su fisica como la urgencia no disminuida de su mensaje politico.

Bohr y la Construccion de la Mecanica Cuantica

El papel de Bohr en la construccion de la mecanica cuantica entre 1913 y 1930 fue el de un catalizador y orientador intelectual tanto como el de un teorico especifico. Fue en el Instituto Bohr donde Werner Heisenberg hizo su revolucionario descubrimiento de la mecanica matricial en 1925, y fue a traves de anos de discusion con Bohr que Heisenberg llego a la claridad conceptual necesaria para dar ese paso. El principio de incertidumbre de Heisenberg, publicado en 1927, emergio de un dialogo entre los dos hombres en el que Bohr presionaba continuamente por una mayor claridad sobre lo que realmente decian los formalismos matematicos sobre la naturaleza.

El camino hacia la mecanica cuantica moderna fue extraordinariamente intrincado y lleno de callejones sin salida. Muchos de los desarrollos que eventualmente llevaron a la teoria correcta parecian prometedores en el momento pero resultaron ser ramas muertas. El trabajo de Bohr sobre la teoria cuantica antigua, el sistema de reglas ad hoc y condiciones de cuantizacion que prevalecio entre 1913 y 1925, fue indispensable para mantener el campo avanzando durante este periodo, incluso cuando era obvio que la teoria era internamente inconsistente y incapaz de dar una explicacion cuantitativa de atomos mas complejos que el hidrogeno.

La ruptura decisiva llego en 1925 cuando Heisenberg, motivado por las discusiones con Bohr sobre la imposibilidad de visualizar directamente las orbitas de los electrones dentro de los atomos, propuso reemplazar la teoria cuantica antigua con un formalismo puramente matematico en el que las cantidades observables, como las frecuencias e intensidades de las lineas espectrales, jugaban el papel central y los conceptos visuales como las orbitas eran descartados. Este enfoque, que Heisenberg inicialmente no reconocio como lo que era, resultó ser la mecanica matricial, la primera version matematicamente consistente de la mecanica cuantica.

Bohr reconocio inmediatamente la importancia del trabajo de Heisenberg y lo publico en los Zeitschrift fur Physik antes de cualquier revision critica detallada, tal era su confianza en que Heisenberg habia encontrado el camino correcto. Los meses siguientes fueron de trabajo tecnico intenso mientras Born, Jordan y Heisenberg desarrollaban las implicaciones matematicas del nuevo formalismo, y Dirac, trabajando independientemente en Cambridge, desarrollaba su propia version que resultó ser la formulacion mas elegante y generalizable.

Cuando Schrodinger publico su mecanica de ondas en 1926, parecio al principio que habia dos teorias cuanticas diferentes compitiendo entre si. Schrodinger pensaba en sus ecuaciones como describiendo ondas reales en el espacio, ondas que daban cuenta de los fenomenos cuanticos de una manera mas intuitiva que el formalismo abstracto de la mecanica matricial de Heisenberg. Bohr, en un famoso intercambio con Schrodinger en Copenhague en septiembre de 1926, presiono energeticamente contra la interpretacion ondulatoria realista de Schrodinger, argumentando que los experimentos mostraban claramente que la funcion de onda no podia interpretarse como una onda fisica ordinaria. La discusion fue intensa y, segun relatos de los testigos, Schrodinger llego a exclamar que si los malditos saltos cuanticos eran aqui para quedarse, lamentaba haber tenido algo que ver con la teoria cuantica. Bohr aparentemente respondio que todos los demas estaban muy contentos de que el si hubiera tratado con la teoria cuantica.

La demostracion de la equivalencia matematica entre la mecanica matricial y la mecanica de ondas por Schrodinger mismo, y la formulacion mas abstracta de Dirac que las englobaba a ambas, resolvio la cuestion formal de que existia una sola teoria cuantica. Pero la interpretacion de esa teoria, el significado fisico de la funcion de onda y de las reglas de probabilidad de Born para los resultados de la medicion, seguia siendo profundamente controvertida.

La formulacion de la interpretacion de Copenhague en 1927, que fue el resultado de meses de discusiones intensas en el Instituto Bohr, fue la respuesta de Bohr y sus colegas a este problema de interpretacion. Bohr presento la nueva interpretacion al mundo en la conferencia de Como en septiembre de 1927 a traves de su introduccion del principio de complementariedad, y la posicion fue elaborada con mas detalle en la Conferencia Solvay de octubre de 1927 y en los anos siguientes.

La Fisica de los Solidos y el Teorema de Bohr-van Leeuwen

Aunque la contribucion mas conocida de la tesis doctoral de Bohr fue su analisis critico de la teoria electronica de los metales y su conclusion de que la fisica clasica era inadecuada para explicar ciertas propiedades de los metales, el resultado especifico mas importante de ese trabajo fue lo que ahora se conoce como el teorema de Bohr-van Leeuwen.

Bohr demostro en su tesis, y Henriette van Leeuwen redescubrio independientemente en su tesis de 1919, que dentro de la mecanica estadistica clasica el diamagnetismo y el paramagnetismo de los metales son exactamente cero. Es decir, si se aplican rigurosamente las leyes de la mecanica clasica y la termodinamica estadistica clasica al movimiento de los electrones libres en un metal en un campo magnetico, la magnetizacion total del metal a cualquier temperatura es exactamente cero. Esto es claramente falso: los metales exhiben tanto diamagnetismo como paramagnetismo en cantidades medibles. La conclusion que siguio fue que el magnetismo es un fenomeno intrinsecamente cuantico que no puede ser explicado en absoluto dentro de la mecanica clasica.

Este resultado, que Bohr vio claramente antes de que existiera la mecanica cuantica, fue un testimonio extraordinario de su penetracion conceptual. Vio que la mecanica clasica era inadecuada no en los detalles de algun calculo especifico sino en principio, en el sentido de que era incapaz de dar cuenta de un fenomeno fisico bien establecido. Esta conviccion de que algo fundamentalmente nuevo era necesario fue lo que lo impulso a tomar el riesgo conceptual que fue el modelo atomico de 1913.

El Instituto Niels Bohr En el Siglo Veintiuno

El Instituto Niels Bohr, como se conoce formalmente desde la muerte de Bohr en 1962, continua siendo uno de los centros de investigacion fisica mas activos e influyentes del mundo. Ubicado en Blegdamsvej en Copenhague, el instituto mantiene la tradicion de investigacion teorica de primera clase combinada con la apertura internacional y el espiritu colaborativo que Bohr instilo en él.

En las decadas desde la muerte de Bohr, el instituto ha hecho importantes contribuciones a muchas areas de la fisica, incluyendo la fisica nuclear, la fisica de particulas, la astrofisica, la fisica de la materia condensada y, mas recientemente, la ciencia de la informacion cuantica. La tradicion de hospedar jovenes fisicos de todo el mundo ha continuado sin interrupcion, y el instituto sigue siendo uno de los destinos mas buscados para los estudiantes de doctorado y los postdoctorados que buscan la mejor formacion en fisica teorica.

El Archivo Niels Bohr, que se aloja en el instituto y que contiene los papeles, correspondencia y cuadernos de Bohr, es uno de los recursos mas importantes para los historiadores de la fisica del siglo veinte. Los materiales del archivo han sido estudiados extensamente por generaciones de historiadores, y siguen produciendo nuevas perspectivas sobre el desarrollo de la mecanica cuantica y sobre la notable mente de Bohr. El archivo publicó en 2002 los borradores de cartas que Bohr habia preparado para Heisenberg pero nunca enviado, aclarando la perspectiva de Bohr sobre la reunion de 1941, y estas cartas cambiaron significativamente la comprension historica de ese episodio crucial.

La Medalla Niels Bohr, otorgada por el Instituto Niels Bohr y otras organizaciones para reconocer contribuciones sobresalientes a la fisica, lleva el nombre de Bohr como un homenaje permanente a su papel en la construccion de la fisica moderna. Los ganadores de la medalla han incluido a muchos de los fisicos mas distinguidos del mundo, y la lista de sus recipients es un recordatorio de la amplitud del legado de Bohr.

La decision de la Union Internacional de Quimica Pura y Aplicada de nombrar el elemento 107 bohrio en honor de Bohr, confirmada en 1997, coloca su nombre permanentemente en la tabla periodica que su trabajo hizo comprensible. Este honor, compartido solo con un punade de los mas grandes cientificos de la historia, incluyendo a Marie Curie, Albert Einstein y Enrico Fermi, es un testimonio de la magnitud de su contribucion a la ciencia.

La Correspondencia Bohr-Pauli y el Espiritu de Copenhague

Una de las ventanas mas reveladoras al pensamiento de Bohr es su extensa correspondencia con Wolfgang Pauli, que abarca varias decadas y que ha sido publicada en varios volumenes por los editores de las obras recopiladas de Pauli. Las cartas muestran dos mentes de primer orden comprometidas entre si con absoluta franqueza intelectual, sin la cortesia que a veces suaviza los intercambios publicos entre cientificos.

Pauli era famoso por la agudeza de su critica, y habia pocos fisicos en el mundo a quienes se atreviera a dirigir criticas sin restricciones. Bohr era uno de ellos, porque Bohr no solo toleraba la critica directa sino que la buscaba activamente como el camino mas rapido hacia la claridad. Las cartas muestran a Pauli cuestionando las formulaciones de Bohr con una dureza que habria sido devastadora para un cientifico menos seguro, y mostrando a Bohr respondiendo no con defensividad sino con el tipo de concentracion intensa que era caracteristica de el cuando se enfrentaba a una dificultad genuina.

El intercambio mas famoso en la correspondencia se refiere a la primera version del principio de exclusion de Pauli, que Pauli formulo en 1924 y que Bohr encontro dificil de reconciliar con su propia comprension de la estructura atomica. Bohr presiono a Pauli para que explicara la base fisica del principio, y Pauli inicialmente no pudo dar una justificacion mas alla de la fenomenologia: el principio era necesario para explicar los datos, pero no habia ninguna derivacion mas profunda disponible. Bohr acepto esto provisionalmente pero continuo presionando por una comprension mas profunda, una presion que fue una parte de lo que motivo la busqueda que eventualmente llevo a la formulacion completa de la mecanica cuantica.

El espiritu que estas cartas revelan, el espiritu de busqueda de la verdad implacable y sin restricciones, de disposicion a sostener la incertidumbre y la ambiguedad durante el tiempo que sea necesario hasta que la comprension real llegue, de rechazo de la claridad superficial en favor de la dificultad genuina, era la esencia de lo que Bohr creo en Copenhague y lo que distinguia el Instituto Bohr de la mayoria de los otros centros de investigacion de la epoca. Este espiritu, transmitido a traves del contacto personal de una generacion a la siguiente, ha sido quizas el legado mas duradero de Niels Bohr en la ciencia.

Niels Bohr y la Fisica del Siglo Veinte: Una Valoracion Comprensiva

Para entender completamente la magnitud de la contribucion de Niels Bohr a la fisica y a la civilizacion humana, es util considerar la fisica tal como existia en el ano de su nacimiento, 1885, y compararla con la fisica tal como existia en el ano de su muerte, 1962. En 1885, la fisica era una ciencia que parecia estar cerca de su completitud. Los principios fundamentales parecian bien establecidos: la mecanica newtoniana gobernaba el movimiento de todos los cuerpos, las ecuaciones de Maxwell describlan todos los fenomenos electromagneticos, y la termodinamica daba cuenta de todos los procesos termicos. Quedaban algunos misterios, particularmente el espectro del cuerpo negro y la naturaleza de los rayos catodicos, pero la actitud general entre los fisicos era que estos eran problemas tecnicos mas que conceptuales.

En 1962, la fisica era irreconociblemente diferente. La mecanica cuantica habia reemplazado a la mecanica newtoniana como la descripcion fundamental del movimiento de la materia a nivel atomico y subatomico. La relatividad especial y general de Einstein habian demostrado que el espacio y el tiempo no eran los recipientes absolutos que Newton habia supuesto sino magnitudes dinamicas que dependian del movimiento y de la distribucion de la masa y la energia. La fisica de particulas habia revelado un zoologico de particulas subatomicas cuya existencia nadie en 1885 habia sospechado. La energia nuclear habia sido liberada, tanto de manera destructiva en las bombas de Hiroshima y Nagasaki como de manera constructiva en los primeros reactores nucleares de potencia. Los transistores, que dependian fundamentalmente de la mecanica cuantica para su funcionamiento, habian comenzado la revolucion de la electronica que eventualmente produciria las computadoras, los telefonos moviles y toda la infraestructura digital del mundo moderno.

Bohr no fue el unico arquitecto de esta transformacion; las contribuciones de Einstein, Heisenberg, Schrodinger, Dirac, Fermi y muchos otros fueron igualmente esenciales. Pero Bohr ocupa un lugar unico en la historia porque fue el fisico que mas persistentemente y mas profundamente reflexiono sobre lo que la nueva fisica significaba, no solo tecnicamente sino filosoficamente. Fue el quien articulo con mayor claridad y precision las formas en que la nueva fisica cuantica requeria una revision de los conceptos fundamentales que los fisicos y filosofos habian dado por sentados durante siglos. Y fue el quien, a traves del Instituto de Fisica Teorica de Copenhague, creo la comunidad y el entorno en el que gran parte de la nueva fisica fue descubierta.

La Ultima Decada: Reflexiones y Consolidacion

La ultima decada de la vida de Bohr, de 1952 a 1962, fue un periodo de consolidacion y reflexion mas que de nueva investigacion creativa. Tenia ya pasados los sesenta anos, una edad a la que la mayoria de los fisicos han superado su periodo de mayor productividad creativa, y su energia estaba dividida entre la ciencia, la administracion del instituto, y la defensa publica de sus ideas sobre la cooperacion nuclear internacional.

Sin embargo, Bohr siguio haciendo contribuciones de importancia. Escribio una serie de articulos y ensayos sobre el problema de la medicion en la mecanica cuantica que aclaraban y profundizaban las posiciones que habia articulado en las decadas anteriores. Participo en las discusiones sobre los fundamentos de la mecanica cuantica que se volvieron mas activas en la decada de 1950, en parte como respuesta al trabajo de David Bohm sobre la teoria de la variable oculta y al trabajo de Hugh Everett sobre la interpretacion de muchos mundos. Las respuestas de Bohr a estas alternativas mostraron que su comprension de la situacion conceptual era tan aguda como siempre, aunque algunos criticos pensaban que sus posiciones estaban endurecidas por el habito y la defensividad de un hombre mayor protegiendo su herencia intelectual.

La visita de Bohr a la Union Sovietica en 1961 fue uno de los eventos mas significativos de sus ultimos anos. Como uno de los pocos cientificos occidentales que habia visitado la Union Sovietica durante la Guerra Fria, Bohr usó la oportunidad para promover el tipo de intercambio cientifico internacional y la transparencia sobre la investigacion nuclear que habia abogado desde el final de la Segunda Guerra Mundial. Sus conversaciones con cientificos sovieticos, particularmente sobre el uso pacifico de la energia nuclear y las perspectivas para el control de armas, fueron parte del lento proceso de deshielo de las relaciones Este-Oeste en materia de ciencia que eventualmente llevaria a acuerdos de control de armas importantes.

En los meses finales de su vida, Bohr continuo trabajando en los problemas que habian ocupado su atencion durante decadas. El 17 de noviembre de 1962, el ultimo dia de su vida, fue fotografiado en su pizarra en el instituto, donde habia dibujado el boceto del experimento mental de la caja de Einstein, el mismo pensamiento que habia debatido con Einstein en la Conferencia Solvay de 1930 mas de treinta anos antes. El hecho de que este experimento mental siguiera en su mente al final de su vida testimonia la profundidad con que el debate con Einstein lo habia marcado y la centralidad permanente de las cuestiones fundamentales de la mecanica cuantica en su pensamiento. Murio a la manana siguiente, el 18 de noviembre de 1962, dejando un mundo transformado por su contribucion.

El Papel de Bohr En la Historia de la Ciencia Danesa

La contribucion de Niels Bohr a la historia de la ciencia danesa no puede ser exagerada. Antes de Bohr, Dinamarca tenia una tradicion honorable de contribuciones cientificas, que incluia el trabajo del astronomo Tycho Brahe en el siglo dieciseis, cuyas mediciones precisas de las posiciones de las estrellas y los planetas proporcionaron los datos sobre los que Johannes Kepler baseó sus leyes del movimiento planetario. La tradicion includía tambien a Hans Christian Oersted, quien descubrio en 1820 la conexion entre la electricidad y el magnetismo que Maxwell luego unifico en su gran teoria electromagnetica. Pero ninguna contribucion danesa a la ciencia habia tenido el impacto en la fisica fundamental que las contribuciones de Bohr.

Bohr transformo Copenhague en un centro de la fisica mundial durante dos decadas, creando un flujo de cientificos brillantes hacia Dinamarca que enriquecio la vida intelectual y cultural del pais. El Instituto de Fisica Teorica atrajo a jovenes fisicos de Alemania, Gran Bretana, los Estados Unidos, la Union Sovietica, Japon y muchos otros paises, convirtiendo a Copenhague en un punto focal de la fisica internacional de una manera sin precedentes para una ciudad de su tamaño.

El impacto de Bohr en la cultura intelectual danesa fue igualmente profundo. Su manera de pensar, con su enfasis en el dialogo, la honestidad intelectual, la disposicion a mantener la incertidumbre y la conviccion de que las preguntas mas profundas merecia el trabajo mas cuidadoso y mas paciente, se convirtio en parte del autoimagen intelectual de Dinamarca. Las muchas conferencias publicas que dio a lo largo de su vida, en las que explico los fundamentos de la fisica cuantica a audiencias no especializadas con paciencia y claridad inusuales, contribuyeron a una comprension publica de la fisica cuantica en Dinamarca que fue mayor que en muchos paises mas grandes.

Bohr recibio los maximos honores que Dinamarca podia otorgar. Era miembro de la Real Academia Danesa de Ciencias y Letras desde 1917 y la presidio en varias ocasiones. La Fundacion Carlsberg, que apoyaba la ciencia y la cultura danesas con los ingresos de la cerveceria Carlsberg, le otorgo el honor de habitar la llamada Mansion de Honor, una hermosa residencia que habia sido construida por el fundador de Carlsberg con la intencion de que sirviera como hogar para el ciudadano mas distinguido de Dinamarca en cualquier momento dado. Bohr y su familia vivieron alli desde 1932 hasta su muerte, y la mansion fue el escenario de incontables reuniones de los fisicos mas distinguidos del mundo.

Bohr, la Educacion y la Divulgacion Cientifica

A lo largo de toda su carrera, Niels Bohr se preocupo profundamente por la comunicacion de las ideas cientificas a audiencias mas amplias. Entendia que la fisica cuantica y sus implicaciones filosoficas eran demasiado importantes para ser conocidas solo por los especialistas, y dedico considerable esfuerzo a la tarea de explicar estas ideas a audiencias de no especialistas de manera que fuera fiel a la profundidad de las cuestiones sin recurrir a simplificaciones engaosas.

Las conferencias publicas de Bohr, muchas de las cuales han sido preservadas en transcripciones o grabaciones, son modelos de divulgacion cientifica responsable. Se negaba a dar a su audiencia la comodidad facil de metaforas familiares que distorsionaban la realidad de la situacion cuantica, pero tampoco los abrumaba con un formalismo matematico inaccesible. En cambio, intentaba transmitir el sentido genuino de por que la situacion cuantica requeria conceptos nuevos, por que las intuiciones clasicas eran inadecuadas, y por que las preguntas que planteaba la mecanica cuantica eran de genuina importancia filosofica y no meramente tecnica.

Esta preocupacion por la divulgacion cientifica reflejaba la mas amplia vision de Bohr de la ciencia como una empresa publica y cultural, no simplemente como una actividad tecnica especializada. Creia que el publico en general tenia un interes legitimo en comprender los resultados y las implicaciones de la investigacion cientifica, especialmente cuando esa investigacion tenia consecuencias tan profundas para la condicion humana como la fisica nuclear. Esta creencia lo impulso a participar en la politica publica sobre cuestiones nucleares y a buscar audiencias con los lideres politicos, a pesar de que su temperamento era fundamentalmente el de un hombre de ciencia mas que de un hombre de accion.

Las traducciones de sus principales escritos filosoficos, en particular las recopilaciones de sus ensayos sobre complementariedad y sobre el problema del atomo y la experiencia humana, fueron publicadas por el mismo en varias ediciones y traducciones para alcanzar la audiencia mas amplia posible. Estos escritos, que a menudo se caracterizan por una densidad y cautela de expresion que refleja la profundidad de las cuestiones que abordan, han sido leidos y estudiados por filosofos, scientificos y estudiosos de los estudios culturales de la ciencia en todo el mundo.

Las Relaciones Internacionales de Bohr y la Red Global de Fisicos

La red de relaciones personales que Bohr construyo a lo largo de su carrera fue en si misma una de sus contribuciones mas importantes a la ciencia. En un campo donde las ideas viajan a traves del contacto personal tanto como a traves de las publicaciones, la capacidad de Bohr para establecer y mantener relaciones de confianza y respeto mutuo con fisicos de docenas de paises fue extraordinariamente importante para la difusion de las ideas correctas y la correccion de los errores.

Las cartas de Bohr con Rutherford, su antiguo mentor, continuaron hasta la muerte de Rutherford en 1937 y constituyen uno de los intercambios mas bellos en la correspondencia cientifica de cualquier era, mostrando dos mentes poderosas manteniendose mutuamente informadas y alentandose mutuamente a lo largo de decadas. La correspondencia con Einstein, aunque marcada por el profundo desacuerdo sobre la interpretacion cuantica, fue igualmente rica en informacion y mutuamente respetuosa. La correspondencia con Heisenberg, interrumpida por la guerra y nunca del todo restaurada al nivel de confianza previo, es un recordatorio de que incluso los mejores mecanismos de la comunidad cientifica pueden ser danados por las fuerzas de la historia.

La red de ex alumnos del Instituto Bohr, dispersados por todo el mundo, fue un canal a traves del cual las ideas de Copenhague llegaron a practicamente todos los paises donde la fisica se practicaba a un nivel avanzado. Estos ex alumnos llevaron consigo no solo las ideas especificas que habian aprendido en Copenhague sino el estilo de pensamiento, la disposicion al dialogo abierto, la insistencia en la honestidad intelectual y la vision de la ciencia como una empresa genuinamente internacional que Bohr habia cultivado tan deliberadamente. En este sentido, el legado de Bohr se extiende muy mas alla de sus contribuciones teoricas especificas para incluir la cultura misma de la fisica teorica internacional tal como se practica hoy.

La preocupacion de Bohr por el acceso de los cientificos jovenes de los paises en desarrollo a la educacion y la investigacion de primer nivel anticipo los debates que han dominado la politica cientifica internacional en las ultimas decadas. Su vision de la ciencia como herencia comun de la humanidad tenia implicaciones practicas para como se organizaba el financiamiento y el acceso a la infraestructura cientifica, implicaciones que el mismo no fue capaz de implementar completamente en su propio tiempo pero que han sido articuladas y parcialmente realizadas por las instituciones que el ayudo a inspirar.

Niels Bohr murio habiendo visto la mayor parte de su vision cientifica confirmada, incluso si su vision politica permanecio en gran medida sin realizarse. La mecanica cuantica que ayudo a construir habia demostrado ser el marco mas poderoso y mas universal jamas desarrollado para la descripcion de la naturaleza. La complementariedad que articulo habia demostrado ser no una solucion filosofica provisional sino una caracterizacion profundamente acertada de los limites de los conceptos clasicos cuando se aplican al mundo cuantico. El Instituto de Fisica Teorica que fundo habia producido generaciones de fisicos de primer orden y habia establecido un modelo para como deberia organizarse la investigacion internacional. Y su insistencia en la responsabilidad moral de los cientificos por las consecuencias de su trabajo habia contribuido a crear una cultura de reflexion etica dentro de la comunidad fisica que, aunque imperfecta, era mejor que lo que existia antes.

En su ausencia, el mundo de la fisica continuó y continúa profundizando las lineas de investigacion que el abrio. La electronica cuantica, la optica cuantica, la computacion cuantica y la criptografia cuantica son todas extensiones de la mecanica cuantica cuyos fundamentos conceptuales Bohr ayudo a establecer. La fisica de particulas, con sus aceleradores cada vez mas poderosos y su descubrimiento de una proliferacion de particulas subatomicas, continua la exploracion del mundo subatomico que Bohr y sus contemporaneos iniciaron. La astrofisica cuantica, la cosmologia y la fisica de la materia condensada son igualmente hijos, aunque a veces nietos o bisnietos, del programa de investigacion que Bohr contribuyo a fundar.

Niels Bohr nació en una ciudad que era un centro cultural de un pequeno pais noreuropeo, en una familia que valoraba el conocimiento y la discusion honesta, en un tiempo cuando la ciencia estaba a punto de una de sus mas grandes transformaciones. Supo reconocer, mejor que casi nadie en su generacion, la naturaleza y la magnitud de esa transformacion, y supo contribuir a ella de una manera que fue a la vez tecnicamente brillante y filosoficamente profunda. El legado que dejo, en la fisica, en las instituciones, en los seres humanos que formo y en las ideas que articulo, es uno de los mas ricos y mas duraderos en la historia de la ciencia.

Apendice: el Contexto Historico de la Fisica Cuantica

Para apreciar plenamente la magnitud del logro de Bohr, vale la pena considerar el contexto historico mas amplio en que se desarrollo la fisica cuantica. El siglo diecinueve habia sido el siglo del triunfo de la fisica clasica: Newton habia establecido la mecanica en el siglo anterior, Maxwell habia unificado la electricidad, el magnetismo y la optica en su teoria electromagnetica en la decada de 1860, y la termodinamica habia sido desarrollada en una forma rigurosa y generalmente aplicable. Al comenzar el siglo veinte, muchos fisicos pensaban que las cuestiones fundamentales de la fisica estaban essencialmente resueltas y que el trabajo que quedaba era principalmente aplicar los principios conocidos a nuevas situaciones.

Sin embargo, exactamente en este momento de complacencia relativa, aparecieron las primeras senales de que algo estaba profundamente equivocado. El espectro del cuerpo negro, la radiacion emitida por un objeto que absorbe perfectamente toda la radiacion que incide sobre el, no se podia explicar usando la teoria clasica. Segun la teoria clasica, la intensidad de la radiacion emitida debia aumentar sin limite a medida que la frecuencia aumentaba, un resultado tan claramente absurdo que fue llamado la catastrofe del ultravioleta. Planck resolvio este problema en 1900 al proponer que la energia de la radiacion electromagnetica solo podia emitirse o absorberse en multiples enteros de una cantidad minima, el cuanto de energia, que era proporcional a la frecuencia de la radiacion. La constante de proporcionalidad, la constante de Planck h, es una de las constantes fundamentales de la naturaleza.

Einstein extendio esta idea en 1905 al proponer que la radiacion electromagnetica en si misma constaba de quanta discretos, los fotones, y que la energia de cada foton era igual a la constante de Planck multiplicada por la frecuencia. Esta idea explico el efecto fotoelectrico, el fenomeno por el que la luz que incide sobre una superficie metalica puede liberar electrones, de una manera que la teoria clasica de ondas no podia explicar. Pero también creo una paradoja aparente: la luz claramente se comportaba como una onda en los fenomenos de interferencia y difraccion, pero se comportaba como particulas en el efecto fotoelectrico. Esta paradoja de la dualidad onda-particula fue uno de los problemas centrales que Bohr abordo con su principio de complementariedad.

Rutherford proporciono el tercer ingrediente crucial con su descubrimiento del nucleo atomico en 1911. Antes de Rutherford, el modelo de Thomson del atomo, en el que los electrones estaban distribuidos uniformemente en una esfera de carga positiva difusa, era la imagen dominante. El experimento de dispersion de Geiger-Marsden mostro que la mayor parte de la masa del atomo y toda su carga positiva estaban concentradas en un nucleo central muy pequeno y denso, con los electrones ocupando el espacio mucho mas grande a su alrededor. Este modelo creaba inmediatamente el problema de la estabilidad atomica: segun el electromagnetismo clasico, un electron en orbita alrededor del nucleo debia radiar energia continuamente y espiralar hacia adentro en una fraccion de segundo.

Fue en este contexto, con el modelo nuclear de Rutherford como punto de partida y el cuanto de Planck como la herramienta disponible, que Bohr construyo su modelo del atomo en 1913. La audacia del modelo radicaba en su disposicion a violar deliberadamente las leyes clasicas en las orbitas estacionarias y a imponer arbitrariamente la condicion de cuantizacion del momento angular. Estas violaciones eran exactamente las que la situacion requeria: no habia manera de obtener los resultados correctos dentro de la fisica clasica, y Bohr simplemente declaro que la fisica clasica no se aplicaba dentro del atomo de la manera habitual.

Esta disposicion a romper con las reglas establecidas cuando los hechos empiricos lo exigian, combinada con la cautela de no ir mas alla de lo que los datos justificaban, fue la marca del genio de Bohr en la fisica. No era un revolucionario por temperamento, alguien que disfrutara derrocando sistemas establecidos por el placer del derribo. Era un fisico profundamente conservador en el sentido de que respetaba la fisica clasica y queria preservar tanto de ella como fuera posible. Pero cuando los datos demostraban que la fisica clasica era inadecuada, no vacilaba en declararla inadecuada y en buscar los principios nuevos que los datos requerian.

Esta combinacion de respeto por lo establecido y disposicion a trascenderlo cuando la evidencia lo demandaba define el caracter de la mayor fisica. Bohr la poseia en grado extraordinario, y por eso fue capaz de hacer las contribuciones que hizo.

La Mecanica Cuantica y Sus Aplicaciones Tecnologicas

El impacto tecnologico de la mecanica cuantica, la teoria cuya base conceptual Bohr ayudo mas que ningun otro a establecer, ha sido absolutamente transformador para la civilizacion humana. Cuando Bohr publico sus postulados en 1913, la relevancia practica de la teoria del atomo era minima. Un siglo mas tarde, las aplicaciones de la mecanica cuantica son ubicuas y en muchos casos indispensables.

El transistor, inventado en los Laboratorios Bell en 1947 por John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley, fue el primer dispositivo electronico a gran escala que dependia esencialmente de la mecanica cuantica para su funcionamiento. El transistor aprovecha la naturaleza cuantica de los electrones en materiales semiconductores, en particular el fenomeno del tunelamiento cuantico y la formacion de bandas de energia, para controlar el flujo de corriente electrica con gran precision y minimo consumo de energia. Sin el transistor, las computadoras modernas, los telefonos inteligentes, las redes de comunicacion y virtualmente toda la infraestructura digital de la civilizacion moderna no existirian.

El laser, inventado en 1960 por Theodore Maiman, es otra aplicacion directa de los principios cuanticos que Bohr articulo. La emision estimulada de radiacion, en la que un foton que pasa junto a un atomo excitado puede estimular la emision de un segundo foton identico, fue predicha por Einstein en 1917 usando los conceptos de saltos cuanticos y estados estacionarios de Bohr. El laser utiliza este proceso para producir un haz de luz intensa, coherente y monocromatica que tiene innumerables aplicaciones en la industria, la medicina, la comunicacion y la investigacion.

La resonancia magnetica nuclear, que es la base de la imagen por resonancia magnetica (IRM) utilizada en diagnostico medico, depende de la naturaleza cuantica del espin nuclear, un grado de libertad cuantico del nucleo atomico sin analogia clasica. La espectroscopia de resonancia magnetica nuclear, que proporciona informacion detallada sobre la estructura molecular, es una de las herramientas mas poderosas disponibles para los quimicos y bioquimicos. Estos metodos son aplicaciones directas de la fisica cuantica que Bohr contribuyo a fundar.

La computacion cuantica, uno de los campos mas activos de investigacion e inversion tecnologica en el siglo veintiuno, busca explotar las propiedades cuanticas de los sistemas de informacion para realizar ciertos calculos de maneras exponencialmente mas eficientes que las computadoras clasicas. Los principios de superposicion y entrelazamiento cuantico que los algoritmos cuanticos explotan son directamente expresiones del caracter cuantico de la naturaleza que Bohr y sus contemporaneos revelaron y articularon. Si la computacion cuantica realiza su pleno potencial, sera en parte un legado de la fisica cuantica fundada por Bohr hace mas de un siglo.

La criptografia cuantica, que utiliza los principios de la mecanica cuantica para garantizar la seguridad de las comunicaciones de una manera que no puede ser comprometida incluso por un oyente con recursos computacionales ilimitados, es otra aplicacion de los fenomenos cuanticos que Bohr ayudo a descubrir. El principio fundamental que hace posible la criptografia cuantica es la imposibilidad de medir un sistema cuantico sin perturbarlo, el mismo principio que subyace a la relacion de incertidumbre de Heisenberg que Bohr defensor tan energicamente.

Todas estas tecnologias, que representan en conjunto una fraccion enorme del producto economico mundial y que han transformado cada aspecto de la vida humana desde la comunicacion hasta la medicina, desde el entretenimiento hasta la defensa nacional, son aplicaciones de la mecanica cuantica cuya base conceptual Niels Bohr contribuyo mas que nadie a establecer. Este legado tecnologico, amplio y profundo como es, es solo uno de los aspectos del impacto de Bohr en el mundo. Su legado cientifico, filosofico, institucional y moral es igualmente vasto y quizas mas duradero.