Niels Bohr - vägen till atomernas innersta

Den danske fysikern Niels Bohr var så känd att det räckte att skicka ett brev med texten Niels Bohr, Danmark för att det skulle komma fram. Han hade gjort banbrytande insatser när det gällde att förklara hur atomerna var uppbyggda och utvecklat kvantfysiken vars grund lagts av Max Planck och Albert Einstein. Under andra världskriget ockuperades Danmark av tyskarna. Bohr som hade judisk bakgrund måste fly, en flykt som höll på att kosta honom livet eftersom han inte uppfattade en order från flyktplanets kapten. Bohr hjälpte USA att utveckla atombomben men fruktade det nya vapnets styrka och ville att de allierade skulle dela de upptäckter de gjort med hela världen.
M

Dansken Niels Bohr är mannen bakom en ny och förbättrad atommodell. Han lyckades också förklara kärnklyvningen. Det var ett avgörande bidrag till utvecklingen av kärnkraften och atombomben.

- Många människor lämnar Danmark just nu. Till och med professorer.

Diplomaten spände blicken i Niels Bohr och hans hustru, och de förstod vad han menade. Det var dags att lämna Danmark, som ockuperats av tyskarna. Alternativet var att gripas och med våld föras till Tyskland. Nästa dag, den 29 september 1943, lämnade den världsberömde Niels Bohr (1885-1962) och hans hustru sin bostad. Flykten måste ske med yttersta försiktighet, så att inte Gestapo, den tyska hemliga polisen, anade något. Bohr var en av Danmarks mest kända medborgare och att fly var att riskera livet.

På natten rådde utegångsförbud och den som bröt mot det kunde skjutas ner direkt. Paret Bohr måste ta sig till stranden innan det blev mörkt. Där hade motståndsrörelsen ordnat en båt som skulle ta de flyende till Sverige. Bohr gick genom Köpenhamn, och vid en förutbestämd gata nickade en kollega till honom. Kusten var klar!

ANNONS

ANNONS

Data och fakta

1885: Niels Bohr föds i Danmark. Fadern är professor, modern från en känd judisk släkt.

1911: Bohr tar doktorsexamen på ett arbete om elektroners rörelse i metaller. Börjar arbeta i Storbritannien hos Ernest Rutherford.

1913: Bohr lägger fram en ny modell för hur en atom är uppbyggd.

1921: Institutet för teoretisk fysik uppförs i Köpenhamn.

1922: Bohr får Nobelpriset i fysik för teorin om atomens uppbyggnad.

1926: Fysikern Schrödinger lägger fram teorin att en elektron kan betraktas både som en partikel och som en vågrörelse.

1936: Bohr presenterar en teori som förklarar vad som händer när en atomkärna klyvs.

1943: Niels Bohr tvingas med sin hustru fly från Danmark under den tyska ockupationen. Han reser till USA och deltar i arbetet på att utveckla en atombomb men har stora samvetskval.

1950: Sedan kriget slutat och Bohr återvänt skriver han brev till FN och hävdar att fritt informationsutbyte är det enda som kan stoppa ett kärnvapenkrig.

1955: Stormakterna släpper hemligstämplat material.

1962: Bohr avlider.

Paret fortsatte och gömde sig i en kolonistuga i Köpenhamns utkanter. När natten kom, smög de ner till stranden, där en liten motorbåt väntade. Den tog dem ut till en väntande fiskebåt som körde rakt över Sundet till Limhamn utanför Malmö. Första delen av flykten hade lyckats.

Flykten

Kort därefter fortsatte Bohr till Storbritannien. Andra världskriget rasade, och Bohrs kunskaper var betydelsefulla för de allierade. Ett brittiskt Mosquitobombplan skulle föra den viktige gästen i säkerhet.

Det fanns bara en extra plats - på bombluckan. Bohr fick en fallskärm, en hjälm med hörlurar och några nödbloss. Om planet attackerades, förklarade besättningen, skulle piloten öppna bombluckan och Bohr skulle utlösa sin fallskärm. Väl nere i havet skulle han tända sina nödbloss och hoppas på att bli upplockad.

För att undvika tyska jaktplan flög planet på hög höjd, och piloten gav order om att alla skulle ta på sina syrgasmasker. Men hjälmen med hörlurarna passade inte Bohrs huvud, så han hörde aldrig ordern utan förlorade medvetandet. Ett tag trodde besättningen att Bohr var död, men när de landade hade han kvicknat till igen.

Elektronerna

När Niels Bohr flydde, var han en av världens mest framstående vetenskapspersoner. Genom sin förmåga att dra slutsatser hade han ställt upp helt nya teorier för vad en atom egentligen var och hur den fungerade.

Bohr föddes 1885. Hans far var universitetsprofessor, och modern var från en känd judisk familj.

1911 tog Niels Bohr sin doktorsgrad för ett arbete om elektroners rörelse i metaller. Vid denna tid var atomernas inre nästan helt okänt. 1897 hade den brittiske forskaren J J Thomson upptäckt elektronen, men ingen visste hur en atom såg ut eller exakt vad den innehöll.

Hösten 1911 reste Bohr till Storbritannien och mötte såväl Thomson som den kände forskaren Ernest Rutherford. Bohr började arbeta i Rutherfords laboratorium, och de blev vänner för livet.

Vad är en atom?

Rutherford hade försökt ta reda på vad den radioaktiva strålningen som Marie och Pierre Curie undersökt egentligen var. I samband med sina undersökningar hade han utarbetat teorin att atomen var en miniatyrkopia av solsystemet: runt en kärna kretsade elektroner precis som planeterna kretsar runt solen.

Men det fanns ett fel med den teorin. Om en elektron rör sig i en sådan bana, förlorar den hela tiden litet av sin energi, kommer närmare och närmare kärnan och dras till sist in i den. Då skulle atomen störta samman. Men så är det ju inte; atomerna finns kvar.

ANNONS

ANNONS

Det var Bohr som kom på en förbättrad modell av atomen. År 1900 hade den tyske vetenskapsmannen Max Planck upptäckt att värmestrålning består av många små "energipaket". Varje enskilt paket kallade Planck "kvantum". Hans upptäckt lade grunden till kvantfysiken, läran om atomernas minsta delar och hur de uppför sig.

Olika former av strålning.
När elektronerna "hoppar" mellan olika skal i atomen, uppstår vissa typer av strålning. Den är olika stark. Synligt ljus hejdas av papper, som röntgenstrålar tränger igenom. Gammastrålning, stark strålning från kärnan, går igenom en tjock metallplatta. Den strålningen är mycket farlig.

Med hjälp av kvantfysiken kunde Bohr visa att elektronerna bara kunde röra sig i vissa bestämda banor runt atomens kärna. Endast när elektronen "hoppade" mellan två banor kunde atomen ta emot eller avge energi, förklarade Bohr. När elektronerna fanns i sina vanliga banor, var atomen stabil och varken lämnade eller avgav energi. Men om en elektron tog emot energi, exempelvis i form av strålning, kunde den flytta sig till en högre energinivå, alltså en annan bana. Sedan kunde elektronen "hoppa" tillbaka till sin gamla bana - och då avge energi, alltså en viss mängd kvantum. Bohrs teori förklarar varför atomen inte störtar samman. Dessutom förklarar den hur atomer kan avge strålning, exempelvis synligt ljus.

Efterhand lyckades forskarna klarlägga att atomens kärna består av protoner och neutroner. Protonen upptäcktes 1918 av Rutherford och neutronen 1932 av den brittiska forskaren James Chadwick.

Grundämnena har olika egenskaper vid rumstemperatur. Järn är hårt, syre är en gas osv. Men trots detta består varje grundämnes atomer av samma partiklar, elektroner, protoner och neutroner. Bohr insåg att ett grundämnes egenskaper bland annat beror på antalet elektroner som kretsar kring atomkärnan. Den består av protoner och neutroner, olika många i olika grundämnen. Antalet elektroner är också olika i olika grundämnen, och det är detta som ger grundämnena olika egenskaper.

Mumlande talare

Bohr fick uppdrag som föreläsare först i Köpenhamn och sedan i Manchester, där Rutherford arbetade. Men även om Bohrs föreläsningar hade ett lysande innehåll var de svåra att höra, och hela sitt liv förblev Bohr en dålig talare. Han höll föreläsningarna på en blandning av engelska, tyska och danska. Bohr mumlade fram meningarna med låg röst och satte gärna handen för munnen vid ett viktigt ord. Studenterna på första raderna fick sitta med öronen på helspänn för att hänga med, och de längst bak snappade bara upp några ord då och då.

1921 byggdes Institutet för teoretisk fysik i Köpenhamn, och Bohr blev institutets föreståndare. Under hans tid blev det en av världens mest berömda institutioner; han samlade runt sig några av de mest begåvade studenterna från Europa.

Många av Bohrs medarbetare skulle senare få Nobelpriset. Själv fick han det i fysik 1922 för sin teori om atomens byggnad.

ANNONS

ANNONS

Under sitt arbete vid institutet kom Bohr att bli en av Danmarks mest kända män. Föräldrarna till H B Casimir, som kom till institutet från Nederländerna, tvivlade på att någon kunde vara så berömd som sonen hävdade att Bohr var. Pappan skickade därför ett brev till sonen under adress ”Niels Bohr, Danmark”. Brevet kom fram, och pappans farhågor stillades.

Heisenbergs teori

En av de studenter som kom till Köpenhamn var tysken Werner Heisenberg, och han lämnade avgörande bidrag till kvantfysiken. Heisenberg lade fram teorin att det egentligen var omöjligt att exakt bestämma både en elektrons läge och dess hastighet. Anledningen är att elektronen är så liten att mätningen påverkar den - därmed blir mätningen meningslös.
För att förklara sin invecklade teori använde Heisenberg följande resonemang: För att kunna observera en elektron är det nödvändigt att använda strålning. Men strålningen påverkar elektronen och slår den ur kurs. Ju närmare elektronen man riktar strålningen, desto mer kommer den alltså att påverkas. Men samtidigt "syns" elektronen sämre ju längre bort från den man riktar strålningen.

Inom den klassiska fysiken är det möjligt att beräkna både en kropps rörelse och dess hastighet och på så sätt förutsäga vad som kommer att hända.

Men enligt osäkerhetsprincipen, som Heisenbergs teori kallas, är det omöjligt att förutsäga vad som kommer att hända i en atom. Däremot går det att förutsäga sannolikheten för att något ska hända.

Bohr beskrev det så här: Det är omöjligt att säga när en enskild människa kommer att dö. Däremot går det med stor sannolikhet att beräkna hur många av 100 000 personer som kommer att dö inom en given tid.

Vetenskapliga strider

Bohrs och Heisenbergs teorier om omöjligheten att förutsäga en elektrons rörelse genom mätningar kallas Köpenhamnstolkningen, och den väckte våldsamt motstånd, speciellt bland forskare som var vana vid den klassiska fysik som grundats av Newton. Bland kritikerna fanns såväl Planck och "fysikernas påve" Albert Einstein. Einstein försökte vid flera tillfällen bevisa att Bohr och Heisenberg hade fel men lyckades aldrig.

- Jag har svårt att tro att Gud spelar tärning med universum, kommenterade Einstein.

- Du ska inte lägga dig i vad Gud gör replikerade Bohr.

Kvantfysiken slår också fast att en elektron kan betraktas både som en partikel och som en vågrörelse. Att elektroner också kan betraktas som vågor lades fram som teori av Erwin Schrödinger 1926. Bohr förklarade att man måste betrakta elektronen både som en partikel och som en vågrörelse för att kunna beräkna dess bana så noggrant som möjligt. Einstein vände sig även mot denna teori men lyckades inte överbevisa Bohr här heller.

Teorin för atombomb

Som vi såg flydde Bohr från Danmark 1943 under tyskarnas ockupation. Ett av skälen till att de allierade ville att Bohr skulle komma till Storbritannien var arbetet med att framställa en atombomb, vilket inletts i största hemlighet. Huvudarbetet gjordes i USA under ledning av Robert Oppenheimer.

ANNONS

ANNONS

Forskare hade i många år utsatt olika grundämnen för radioaktiv strålning och ofta häpnat över vad som skedde. Det tycktes som om grundämnen kunde "spricka" - det är för övrigt vad som händer när en atombomb exploderar.

Men vad som hände inne i atomens kärna begrep ingen riktigt. I mitten på 1930-talet var forskarna klara över att kärnan bestod av två sorters partiklar: neutroner och protoner. Varje grundämne har olika många neutroner och protoner i sin kärna. När en atomkärna bestrålas skickas en ny partikel in i kärnan. Men länge tycktes det fysikerna som om den bara försvann. Vad hände egentligen med den oerhört energirika partikel som sändes in i kärnan?

1936 kunde Bohr förklara vad som hände. Under flera år hade han grubblat på problemet. Under en föreläsning ställde han en rad frågor till föreläsaren. Plötsligt avbröt sig Bohr mitt i en mening och satte sig ner med ett så utslätat ansiktsuttryck att hans studenter trodde att han blivit sjuk. Efter några sekunder reste han sig igen och sa med ett urskuldande leende:

- Nu förstår jag.

Bohrs teori går ut på att atomens kärna kan ses som ett litet klot där protoner och neutroner ligger tätt sammanpackade. När en partikel skjuts in i kärnan, sätter alla kärnans delar sig i rörelse, och efter hand har någon partikel fått så stor energi att den stöts ut ur kärnan. Därigenom förändras antalet protoner och neutroner i atomkärnan, och ett nytt grundämne kan bildas.

På så sätt kunde Bohr förklara kärnklyvningen och ge ett viktigt bidrag till utvecklingen av kärnkraft och atombomber.

Motsägelser

Elektronen kunde ju enligt Bohr ses som både en partikel och en vågrörelse. Han hävdade också att det gick att få en bättre bild av andra områden än fysik genom att betrakta motsägelser som olika sidor av samma sak.

Han brukade berätta en kinesisk historia om tre vise män som för första gången smakade på vinäger, för kineserna en symbol för livets innehåll:

- Det är surt, sa den förste.

- Det är bittert, sa den andre.

- Det är friskt, sa den tredje.

Samvetskval för bomben

Bohr deltog i projektet med atombomben och besökte flera gånger USA, men han hade starka samvetskval angående det nya vapnet. Han försökte övertyga USA:s och Storbritanniens ledare om att det skulle vara bäst att dela med sig av resultaten om atombomben till andra länder t.ex. Sovjetunionen.

Genom ömsesidig tillit skulle risken för ett kärnvapenkrig minska kraftigt, sa Bohr. Men till en början lyssnade ingen.

- Vad talade karlen om? frågade den brittiske premiärministern Winston Churchill efter ett möte med Bohr. Efter andra världskriget var misstänksamheten stor mellan Sovjetunionen och USA, och det kalla kriget började. Ett tredje världskrig föreföll inte uteslutet.

ANNONS

ANNONS

I ett berömt brev till FN 1950 underströk Bohr sin åsikt att det enda sättet att undvika ett kärnvapenkrig var utbyte av information mellan staterna.

Vid en konferens i Genève år 1955 frisläppte stormakterna en stor del av sitt dittills hemligstämplade material till Bohrs belåtenhet. Kärnkraften betraktades nu som framtidens stora energikälla, som skulle ge mänskligheten obegränsade resurser. Få om ens någon anade då att kärnkraftens enorma säkerhetsproblem många år senare skulle leda till uppslitande politiska strider i en rad länder och att utbyggnaden av kärnkraft i flera fall skulle uppskjutas eller kraftigt skäras ner.

Världsbild i förändring

Bohr dog 1962. Efter att ha klagat på huvudvärk sa han att han skulle gå och lägga sig en stund. Kort därefter dog han.

Bohr var en av århundradets främsta vetenskapspersoner. Han bidrog i högsta grad till att ge fysikerna en ny världsbild skild från det mekaniska universum som Newton byggt upp. Under 1920- och 1930-talen gjordes fler omstörtande upptäckter inom fysiken på kortare tid än någonsin tidigare.

LÄS MER: Vetenskap och teknik 1914-1991

LÄS MER: Vetenskapspersoner och vetenskapshistoria

LÄS MER: Kärnkraft

Uppgifter och frågor

Frågor till texten:

  1. När och var föddes Niels Bohr?
     
  2. Vilket år fick Bohr Nobelpriset i fysik och för vad?
     
  3. Rutherfords modell för hur en atom är uppbyggd hade ett avgörande fel. Vilket?
     
  4. Vilket bidrag gav Bohr till utvecklingen av kärnkraft?
     
  5. Varför måste Bohr fly från Danmark under andra världskriget?
     
  6. Beskriv i korta drag Heisenbergs osäkerhetsprincip.
     
  7. Varför menade Bohr att elektronen kunde ses både som en partikel och en vågrörelse?
     
  8. Hur förklarade Bohr vad som händer när en atom bestrålas?

 

Text: Kaj Hildingson, journalist och läromedelsförfattare

 

Senast uppdaterad: 16 januari 2021
Publicerad: 15 januari 2021

ANNONS

ANNONS

Liknande filmer och poddradio

ANNONS

Liknande artiklar

M

President Kennedy - mordgåta med frågetecken

Alla som kommer i kontakt med USA:s kultur stöter förr eller senare på förkortningen JFK. Så kallas...

M

Gandhi, icke-våldsprincipen och Indiens självständighet

Ingen indisk ledare har haft lika stor makt som Mohandas (Mahatma) Gandhi som föddes 1869. Under...

M

Robert Oppenheimer - atombombens fader

- Skenet från tusen solar skulle likna glansen från den Allsmäktige. Raderna från det indiska...

M

John Baird - televisionens uppfinnare

Strumpor som exploderade och rakknivar av glas som splittrades i tusentals bitar. Det var bara...

ANNONS

Ämneskategorier

Vetenskap, teknik och kommunikationer 1914-1991

Under 1900-talet förändrade vetenskapen, tekniken och kommunikationerna världen.

Kända personer 1914-1991

Historia om några av 1900-talets kända och ökända personer och deras levnadsöden.

Relaterade taggar

Vetenskapspersoner och vetenskapshistoria

Se dig omkring ett ögonblick! Allt du ser omkring dig är resultatet av uppfinningar och...

Kärnkraft

Kärnkraft är en process där man klyver uranatomer för att utvinna värme, som sedan omvandlas till...

Kärnvapen

Kärnvapen är ett samlingsnamn för explosiva vapen vars förstörelsekraft skapas av kärnenergi. Den...

Manhattanprojektet

Redan 1939 skrev Albert Einstein till president Roosevelt och föreslog att USA skulle satsa...