Wikipedia · einfach zusammengefasst · Stand
Niels Bohr
... Atommodell den Pionieren der Kernforschung beim Verständnis elementarer Eigenschaften der chemischen Elemente half. Das Modell bot Erklärungen für die …
Inhalt6 Abschnitte
Bedeutung und wichtigste Beiträge
Niels Henrik David Bohr (7. Oktober 1885 in Kopenhagen bis 18. November 1962 ebenda) war ein dänischer Physiker. Sein wichtigster Beitrag war das 1913 erstmals öffentlich vorgestellte Bohrsche Atommodell. Es verband Vorstellungen der klassischen Physik mit den neuen Theorien der Quantenphysik und erklärte die Linienspektren des Wasserstoffs. Damit wurde erstmals erfolgreich die Quantisierung in ein Atommodell auf atomarer Ebene integriert.
Das Modell ist aus heutiger Sicht überholt und wurde durch das quantenmechanische Orbitalmodell ersetzt. Im Physik- und Chemieunterricht sowie an Universitäten wird es dennoch weiterhin behandelt, weil es einen wichtigen Meilenstein in der Entwicklung der Quantenmechanik darstellt. Weitere zentrale Konzepte Bohrs sind das Korrespondenzprinzip und das Komplementaritätsprinzip. Das Korrespondenzprinzip beschreibt, dass Quantentheorie und klassische Physik im Grenzfall großer Quantenzahlen übereinstimmen. Das Komplementaritätsprinzip besagt, dass die Kenntnis bestimmter Messgrößen notwendigerweise eine totale Unkenntnis bestimmter anderer Größen bedingt.
Ausbildung und wissenschaftlicher Weg
Bohr wuchs in einem intellektuell geprägten Elternhaus auf. Sein Vater Christian Bohr war Professor für Physiologie, seine Mutter Ellen Bohr, geborene Adler, stammte aus einer jüdischen Familie. Gespräche mit seinem Vater und seinem Bruder Harald Bohr stärkten sein Interesse an den Naturwissenschaften. Harald wurde später Professor für Mathematik; Niels wandte sich der Physik zu.
Nach dem Abitur 1903 an der Latein- und Oberrealschule im Kopenhagener Stadtteil Gammelholm studierte Bohr an der Universität Kopenhagen Physik, Mathematik, Chemie, Astronomie und Philosophie. 1907 erhielt er für eine Arbeit über die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten die Goldmedaille der Königlich Dänischen Akademie der Wissenschaften. 1909 erwarb er den Magisterabschluss. 1911 schloss er sein Studium mit der bei Christian Christiansen angefertigten Doktorarbeit über die magnetischen Eigenschaften von Metallen ab, die den Titel „Studier over metallernes elektrontheori“ trug.
1911 wechselte Bohr an das Cavendish Laboratory in Cambridge, das von Joseph John Thomson geleitet wurde. Ein Jahr später ging er nach Manchester in das Labor von Ernest Rutherford. Dort lernte er Margrethe Nørlund kennen, die er später heiratete. Das Paar hatte sechs Söhne; zwei starben bereits in jungen Jahren. Der Sohn Aage Niels Bohr erhielt 1975 den Nobelpreis für Physik.
Während des Ersten Weltkriegs nahm Bohr 1914 eine Dozentenstelle in Manchester und kurz danach in Kopenhagen an. 1916 wurde er Professor für Physik an der Universität Kopenhagen. Von 1916 bis 1919 war er Vorsitzender der Dänischen Physikalischen Gesellschaft, ab 1917 Mitglied der dänischen Akademie der Wissenschaften. 1920 lernte er bei einem Aufenthalt und Vortrag in Berlin Max Planck und Albert Einstein kennen.
Entwicklung des Atommodells
Vor Bohrs Modell war seit 1911 das Rutherfordsche Atommodell bekannt. Danach bestehen Atome nicht aus massiven Kugeln, sondern aus einem winzigen Atomkern und einer mindestens tausendfach größeren Atomhülle. Bohr verband dieses Kern-Hülle-Modell mit quantenphysikalischen Annahmen.
1913 formulierte er seine Atomtheorie. Das Bohrsche Atommodell erklärt die Linienspektren des Wasserstoffs, indem es Quantisierung in die Beschreibung des Atoms einführt. Elektronen können sich dabei nur auf bestimmten, den sogenannten Bohrschen Bahnen, aufhalten. Beim Wechsel zwischen solchen Zuständen wird Strahlung aufgenommen oder abgegeben. Das Modell wurde 1915/16 zum Bohr-Sommerfeldschen Atommodell weiterentwickelt.
1922 erklärte Bohr auf Grundlage des von Arnold Sommerfeld erweiterten Atommodells den Aufbau des Periodensystems der Elemente. Dabei nahm er ein Schalenmodell an. Das Modell half außerdem, Valenzen, den Metall- und Nichtmetallcharakter von Stoffen sowie Ioneneigenschaften zu erklären.
1918 formulierte Bohr das Korrespondenzprinzip. Es besagt, dass sich die Quantentheorie und die klassische Physik im Grenzfall großer Quantenzahlen entsprechen. Dieses Prinzip beschreibt damit den Übergang von quantenphysikalischen zu klassisch beschreibbaren Vorgängen.
Quantenmechanik, Kernphysik und politisches Wirken
Nach 1922 wurden Bohrs Atommodell und Arnold Sommerfelds Erweiterungen weiter ausgebaut. Zwischen 1925 und 1927 revolutionierte die Formulierung der nichtrelativistischen Quantenmechanik durch Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger und Paul Dirac die Atomphysik. 1924 veröffentlichte Bohr gemeinsam mit Hendrik Anthony Kramers und John C. Slater die Arbeit „The quantum theory of radiation“. Darin wurde erstmals die strenge Gültigkeit des Energieerhaltungssatzes infrage gestellt und durch statistische Energieerhaltung ersetzt.
Werner Heisenberg lehrte 1926/27 an Bohrs Institut. Aus ihren Diskussionen entwickelten sich Heisenbergs Unschärferelation und Bohrs Komplementaritätsprinzip. Beide wurden 1927 veröffentlicht und gingen als „Kopenhagener Deutungen“ der Quantentheorie in die Wissenschaftsgeschichte ein. Das Komplementaritätsprinzip sollte die Widerspruchsfreiheit zwischen formulierten Theorien und der Auswertung tatsächlicher Beobachtungen gewährleisten. Bohr übertrug es später auch auf Prinzipien außerhalb der Physik. In wissenschaftskritischen Arbeiten vertrat er außerdem die Auffassung, dass die jeweiligen Beobachtungspraktiken mitbestimmen, was eine Apparatur überhaupt ausmacht.
Bohr untersuchte weiterhin Fragen der Quantenmechanik und der Kernphysik. Für durch Teilchenbeschuss ausgelöste Reaktionen von Atomkernen führte er den Begriff des „Compoundkernes“ ein. 1936 entwickelte er zwei Kernmodelle, die er Sandsack- und Tröpfchenmodell nannte. Gemeinsam mit John Archibald Wheeler arbeitete er an der Möglichkeit der Energiegewinnung durch Kernspaltung, nachdem Otto Hahn und Friedrich Wilhelm Straßmann die erste Kernspaltung durchgeführt hatten.
Während der deutschen Besatzung Dänemarks unterstützte Bohr den dänischen Widerstand. 1943 floh er mit seiner Familie, unterstützt durch den britischen und dänischen Geheimdienst, nach Schweden. Dort setzte er sich beim schwedischen König und beim Außenminister erfolgreich für Asyl für seine jüdischen Landsleute ein. Anschließend reiste er unter dem Decknamen Nicholas Baker in die USA und leistete in Los Alamos wichtige theoretische Vorarbeiten zum Bau der US-Atombombe.
Nach dem Zweiten Weltkrieg beteiligte sich Bohr an den Diskussionen über eine europäische Zusammenarbeit beim Aufbau eines internationalen Atomphysiklabors. Er nahm an der UNESCO-Tagung von 1952 teil, auf der der Name CERN für das geplante europäische Labor und die Zusammenarbeit in der Nuklearforschung offiziell festgelegt wurde. Nach seiner Rückkehr nach Dänemark setzte Bohr seine Forschung zur Atomenergie fort, warnte aber zugleich vor deren missbräuchlicher Nutzung. Dafür erhielt er 1957 den „Atoms for Peace Award“. 1950 hatte er in einem offenen Brief an die Vereinten Nationen vor einer solchen Nutzung gewarnt.
Nobelpreis und weitere Ehrungen
Für seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome und der von ihnen ausgehenden Strahlung erhielt Bohr am 10. Dezember 1922 den Nobelpreis für Physik. Bereits 1921 war er mit der Hughes-Medaille der Royal Society ausgezeichnet worden; 1925 erhielt er unter anderem die Barnard-Medaille, 1961 den Sonning-Preis der Universität Kopenhagen und 1957 den „Atoms for Peace Award“.
Bohr war Präsident der Dänischen Königlichen Akademie der Wissenschaften und Vorsitzender der Dänischen Atomenergiekommission. Er war Mitglied oder ausländisches Mitglied zahlreicher wissenschaftlicher Vereinigungen, darunter der Royal Society in London, der Accademia dei Lincei, der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen, der National Academy of Sciences, der Royal Society of Edinburgh, der American Philosophical Society, der American Academy of Arts and Sciences und der Académie des sciences. Außerdem erhielt er Ehrendoktorwürden zahlreicher Universitäten, den dänischen Elefanten-Orden und 1954 den Orden Pour le Mérite.
Benennungen und ausgewählte Veröffentlichungen
Das transurane, nicht natürlich vorkommende chemische Element mit der Ordnungszahl 107 wurde 1981 nachgewiesen und später Bohrium genannt. Sein Kurzzeichen im Periodensystem lautet Bh. Nach Bohr benannt sind außerdem das Bohrsche Atommodell, die Bohrschen Bahnen, das Bohrsche Korrespondenzprinzip, der Bohr-Radius und das Bohrsche Magneton. Der Bohr-Effekt bei Hämoglobin ist dagegen nach seinem Vater, dem Physiologen Christian Bohr, benannt. Das Mineral Nielsbohrit, ein Kalium-Uranyl-Arsenat, erhielt 2002 seinen Namen.
Zu Bohrs wichtigen Veröffentlichungen gehören „On the constitution of atoms and molecules I“ und „II“ von 1913 über sein Atommodell, „On the quantum theory of line spectra“ von 1918 zum Korrespondenzprinzip, „The Theory of Spectra and Atomic Constitution“ von 1922 und 1924, „Atomic Theory and the Description of Nature“ von 1934, „Neutron capture and nuclear constitution“ von 1936 sowie „The Unity of Knowledge“ von 1955. Seine gesammelten Werke erschienen von 1972 bis 2008 in 13 Bänden. 1997 bis 2011 war Bohr auf der Vorderseite der dänischen 500-Kronen-Banknote abgebildet. Der Mondkrater Bohr wurde 1964, der Asteroid (3948) Bohr 1989 nach ihm benannt.
