Historien om Niels Bohr

Da Niels Bohr var syv år, begyndte han i skole på Gammelholm Latin- og Realskole. Hans klasse var den sidste, der gik ud af skolen under den gamle skolelov, men selvom skolen var streng og formel, voldte den ham ingen problemer. Måske fordi skolens lærdom i høj grad blev suppleret af undervisning i hjemmet.

Niels klarede sig godt i de fleste fag, og han var nummer ét i sin klasse. Hans værste fag var dansk stil, og han havde store problemer med at opfylde de formelle krav, der blev stillet. Der findes mange anekdoter om hans danske stile. Han skrev engang følgende stil: "En tur i havnen: Min bror og jeg gik en tur i havnen. Der så vi skibe losse og lade." Han var kommet til denne allitteration efter lange overvejelser og forsøg, og han kunne slet ikke forstå lærerens manglende forståelse for den. En anden gang fik Niels et stilemne, der hed "Brug af naturkræfter i hjemmet". Det blev for meget for den kommende videnskabsmand, og han truede med at indlede med "Hjemme hos os bruger vi ikke naturkræfterne." Hans bror, Harald, overtalte ham dog til at lade være.

Gruppebillede af klassen på Gammeholms Latin- og Realskole fra 1901. Niels Bohr er nummer tre fra venstre på første række.

I de højere klasser begyndte undervisningen i matematik og fysik, og Niels' udsædvanlige evner blev hurtigt bemærket. Dengang var fysikundervisningen i gymnasiet noget, man gik ret let henover. Men Niels begyndte at læse mere om enmet end det, der stod i skolebøgerne, og der gik ikke længe, før han begyndte at lave små notater i bøgerne ud for de ting, der var forældede eller forkerte. Da en af hans klassekammerater bekymret spurgte ham, hvad han ville gøre, hvis han kom op i et af de "forkerte" afsnit, svarede han: "Naturligvis fortælle, hvordan tingene i virkeligheden hænger sammen."

Niels Bohr og hans kammerater efter studentereksamen i 1903. Niels Bohr er nummer tre fra højre.

I 1903 begyndte Niels Bohr at studere ved Københavns Universitet. I sit første år meldte han sig til matematik hos astronomen professor T. N. Thiele og til filosofi hos professor Høffding, som var hans fars nære ven. Sammen med sin bror Harald Bohr deltog han i en lille gruppe af studerende, som mødtes flere gange om måneden for at diskutere filosofiske og videnskabelige spørgsmål.

Når Niels Bohr ikke filosoferede eller spillede fodbold, var han ofte i laboratoriet. Et år, hvor han fulgte et kursus i uorganisk kemi, satte han rekord i at knalde glas. En dag da laboratoriet vaklede af en række små eksplosioner, sagde undervisningslederen Niels Bjerrum - uden at undersøge kilden - "det er Bohr". Han havde ret. 

Niels Bohrs studier blev efterhånden mere og mere teoretisk orienterede. Hans hovedinteresse var naturligvis fysik, hvilket han studerede under fysikeren professor Christian Christiansen. Niels Bohr ville tage magister- og doktorgraden i fysik, og da der kun var få kursuer for viderekomne i København, kunne han stort set lave, hvad han ville.

Få år før Niels Bohr begyndte at studere fysik, havde fysikere J. J. Thomson opdaget eksistensen af elektroner, og Niels Bohr fordybede sig med stor interesse i hans artikler. Han bestemte sig for, at hans speciale til magistergraden skulle handle om metallers forskellige fysiske egenskaber. 

I sommeren 1909 fik Niels Bohr sin magistergrad. Han holdt nogle dages ferie og var sammen med gode venner, før han begyndte at arbejde på sin doktorgrad. En weekend besøgte han Harald Bohrs nære ven Niels Erik Nørlund, og i den forbindelse mødte han Nørlunds søster Margrethe, en smuk ung studine med lyst krøllet hår og samme blide væsen som hans mor. Fra det øjelbik fandtes der ingen anden piger for Niels Bohr. Og da Margrethe så "de dejlige øjne og hørte ham tale og så hvor beskeden og venlig han var" blev hun lige så betaget af Niels Bohr som han af hende. 

Niels Bohr og Margrethe Nørlund
som forlovede.

Men Niels Bohr måtte tilbage til studierne. Metallerns elektronteori havde vist sig at rumme rige muligheder, så han bestemte sig for, at hans doktorafhandling skulle behandle dette emne. Han og Harald Bohr, som også arbejde på sin doktorafhandling, studerede ofte sammen. 

Niels Bohr forsvarede sin doktorafhandling i begyndelsen af 1911. Der fulgte en dejlig sommer sammen med Harald Bohr og Margrethe Nørlund, som han blev forlovet med samme år. De sejlede, de gik ture på landet, de lo og de morede sig i Tivoli. Hele tiden lagde Niels Bohr dog planer for efteråret, hvor han skulle rejse til udlandet for at fortsætte sine studier.

Niels Bohr foran universitet i Cambridge.

Efter at have taget doktorgraden i fysik ved Københavns Universitet i 1911 fik Niels Bohr et stipendium fra Carlsbergfondet til en studierejse i udlandet. Eftersom emnet for hans doktorafhandling var "Metallernes Elektronteori", var det kun naturligt, at han tog til Cambridge for at læse under J. J. Thomson, der var kendt for at have opdaget elektronen. 

Et halvt år senere, i starten af april 1912, blev han inviteret til Manchester af Ernest Rutherford for at fortsætte sine studier der. Blot et år tidligere havde Rutherford og hans medarbejdere opdaget, at atomet bestod af en positivt ladet kerne, der indeholdt næsten hele atomets masse, og negativt ladede elektroner, der kredsede omkring kernen i relativt stor afstand. Det blev grundlaget for Niels Bohrs gennembrud som fysiker, da han indså, at et sådant system ville være ustabilt ifølge den klassiske fysik, og at en radikal løsning var påkrævet.

Dette billede er taget i forbindelse med et af Niels Bohrs besøg hos Rutherford i Cambridge i juni 1923. Niels Bohr (til venstre) og Ernest Rutherford (til højre) ses siddende med ryggen til hinanden under en udflugt til kaproning Cambridge-Oxford.

Inspireret af Max Planck, som i 1900 havde vist, at varmestråling og lys ikke er kontinuerligt, men består af forskellige energiportioner, postulerede Niels Bohr - i direkte modsætning til den klassiske fysik - at elektronerne kun kunne bevæge sig i bestemte baner, og at de frigav eller absorberede elektromagnetisk stråling, når de flyttede sig fra en bane til en anden. Niels Bohr viste sit arbejde til Ernest Rutherford, der tilskyndede ham at forberede udgivelsen af en afhandling. 

Niels Bohr på vej hjem til København. Han havde kun været i Manchester i fire måneder. Alligevel havde han i løbet af den korte tid formuleret ideer, der snart skulle lede en revolution inden for fysikken.

Niels Bohr vendte tilbage til København i slutningen af juli 1912, og den 1. august blev han gift med Margrethe Nørlund. Umiddelbart efter brylluppet rejste de til Norge, hvor de ville tilbringe nogle få dage. Der fuldendte Niels Bohr sit første skriftlige arbejde. Han dikterede, og hans brud skrev med klar, tydelig håndskrift, og hun forbedrede også hans engelske. Systemet virkede så godt, at Margrethe blev sin mands sekretær. 

Niels Bohr fortsatte sit arbejde på sin atommodel i efteråret. I starten af 1913 gjorde hans kollega H. M. Hansen ham opmærksom på fysikeren J. J. Balmers formel i eksperimentel spektroskopi, en empirisk udledt formel, der beskrev, men ikke forklarede spektret for brintatomet. Det viste sig, at Niels Bohrs teori nøjagtigt forudsagde denne formel. "Så snart jeg så Balmers formel, stod det hele mig straks klart," fortalte Niels Bohr senere.

Niels Bohr publicerede sine ideer i tre artikler i 1913. I løbet af det næste årti blev teorien videreudviklet og modificeret af Niels Bohr og andre. Den forudsagde et stort antal eksperimentelle resultater og blev gradvist accepteret i fysikernes kreds.

I 1916 blev Niels Bohr udnævnt til professor i teoretisk fysik ved Københavns Universitet. Arbejdsforholdene var dog temmelig dårlige, og der manglede både ordentlige lokaler og laboratorier. Han begyndte derfor at samle penge ind til opførelsen af et mere tidssvarende institutet. På trods af hans unge alder og nye titel gik han til universitetet og det danske folketing og ansøgte om lov til at bygge et helt nyt institut. Hans projekt blev godkendt i slutningen af 1918, og i marts 1921 blev hans Institut for Teoretisk Fysik indviet.

Det nyopførte institut blev indviet i 1921 med Niels Bohr som leder. Det fik navnet "Københavns Universitets Institut for Teoretisk Fysik". I daglig tale blev det imidlertid slet og ret kaldt for "Niels Bohr Institutet", hvilket det da også officielt blev omdøbt til i 1965.

Niels Bohr havde altid drømt om et internationalt samarbejde inden for videnskaben. Med det nye institut blev det muligt at realisere drømmen i Danmark. Mange udenlandske forskere besøgte København, hvor de udvekslede synspunkter og ideer med hinanden og med Niels Bohr. Flere af dem blev siden hen belønnet med Nobelprisen for deres arbejde.

Niels Bohr Institutet er siden sin opførelse blevet udvidet mange gange. Den første gang i 1924. Her ses Niels Bohr tage det første spadestik til en udvidelse i 1936. Efter den sidste udvidelse i 1945 var Niels Bohr endelig tilfreds.

I 1929 begyndte Københavns Universitet at spekulere i oprettelsen af et matematisk institut. Indtil da havde matematikerne mødtes privat og i observatoriet på Rundetårn. Niels Bohrs bror, Harald Bohr, var på det tidspunkt en meget anerkendt matematiker i Danmark, og da han blev ansat som professor i matematik ved Københavns Universitet i 1930, tilbød Niels Bohr, at det nye matematiske institutet kunne bygges ved siden af hans på Blegdamsvej. De to brødre havde stået hinanden meget nær siden barndommen, men der var også praktiske fordele ved Niels Bohrs tilbud: De to institutter kunne dele fælles ressourcer som kantine og undervisningslokaler, og det gav et tættere samarbejde mellem fysikerne og matematikerne. Arbejdet gik i gang i 1932, og i 1934 kunne Harald Bohr kalde sig leder af Danmarks første Institut for Matematik. 

I dag er Niels Bohr Institutet fordelt på omkring 10 forskellige bygninger, der ligger mellem Blegdamsvej og Fælleparken, hvoraf de fleste er forbundet via underjordiske gange. Over 1000 ansatte og studerende er en del af instituttet, hvis forskning spænder over astronomi, geofysik, partikelfysik, kvantefysik, nanofysik og biofysik.

Niels Bohrs arbejde førte til en omfattende kortlægning over atomernes sammensætning af protoner, neutroner og elektroner. I begyndelsen af 1920'erne kunne han forklare hele det periodiske system ved brug af sin atomteori. 

I 1922 modtog Niels Bohr Nobelprisen i fysik for "sine fortjenester inden for undersøgelsen af atomernes struktur og den stråling, der udgår fra dem".

I efteråret 1922 blev det bekendtgjort, at Niels Bohr ville modtage årets Nobelpris i fysik for sit arbejde. Det var en dramatisk kovending for Nobelinstitutionen, der hidtil havde prioriteret fremskridt indenfor instrumentering og stærkt betvivlet den nye kvantefysik.

I sin Nobel-forelæsning fortalte Niels Bohr om sit arbejde og sluttede af med en spændende nyhed: Et af hullerne i grundstoftabellen, det længe savnede grundstof nummer 72, var netop blevet fundet. Grundstoffet døbte han senere Hafnium, der stod for Hafnia, det latinske navn for København.

Foruden at tildele 1922-prisen til Niels Bohr gav Nobelinstitutionen Albert Einstein den forsinkede pris for 1921 - ikke for hans relativitetsteori, men for hans opdagelse af den fotoelektriske effekt. Sådan gik det til, at de to giganter i det tyvende århundredes fysik ikke alene modtog Nobelprisen samme år, men endda i det samme felt - atomfysik. I sit lykønskningsbrev til Albert Einstein omtalte Niels Bohr, hvor passende det var, at Ernest Rutherford, Max Planck og nu Albert Einstein, havde modtaget prisen indenfor dette felt før han selv. I sit svar beskrev Albert Einstein hans kommentar som et rigtigt ‘Bohrsk' udtryk for ydmyghed. Niels Bohrs kommentar var dog desuden et udtryk for tilfredshed, som han også udtrykte andetsteds, med at hans eget arbejdsområde endelig fik den opmærksomhed, som det fortjente.

Niels Bohr med sine fem sønner ved sommerboligen i Tisvildeleje. Fra venstre mod højre ses Ernest, Erik, Christian, Hans and Aage. Niels og Margerthe Bohr fik i alt seks sønner, men en døde som lille, mens en anden, Christian, døde i en bådulykke om 19-årig. Ernest blev en olympisk hockeyspiller, og Aage blev ligesom sin far en meget succesfuld fysiker.

For Nobelprisens præmiesum købte Niels Bohr i 1924 en sommerbolig i Tisvilde. Den hed Lynghuset og var et smukt, stråtækt hus, der lå på toppen af en lav klit lige ved udkanten af skoven. Over indgangsdøren havde han en hestesko hængende. En besøgende opdagede den engang og spurgte overrasket: "De tror da ikke på, at den slags bringer lykke?". "Nej, nej, naturligvis ikke," svarede Niels Bohr, "men jeg har hørt, at den også bringer lykke, selvom man ikke tror på den."

Lynghuset var det helt rigtige sted for Niels og Margrethe Bohrs fem livlige sønner, og familien tog da også dertil, så snart skolernes ferier begyndte. Men Niels Bohr havde stadig arbejde, der skulle gøres, selv på landet. Han fik ofte besøg af kollegaer og studerende fra instituttet, og for at få den nødvendige ro til deres arbejde, byggede Niels Bohr "pavillonen", en lille stråtækt stue ikke så langt fra huset. Det skete dog ofte, at arbejdet veg for boldspil, svømning eller ture med drengene. De mænd, der blev længst på institutet og samarbejdede med Niels Bohr om hans egne projekter, blev som regel "onkler" for drengene. 

I midten af 1920'erner gik Niels Bohr og hans stab for alvor ind i kampen med at formulere kvantefysikkens principper. Hans oprindelige atommodel fra 1913 beskrev elektronernes bevægelse som punktformede partikler, der bevægede sig langs bestemte baner, men denne klassiske tilgang var i konflikt med atomernes almene egenskaber, specielt deres opførsel i krystaller og kemiske forbindelse.

Niels Bohr (til venstre), Werner Heisenberg (midten) og Wolfgang Pauli (til højre).

En helt ny teori blev formuleret med Werner Heisenbergs matrixmekanik i 1925. Året efter udviklede Erwin Schrödinger bølgemekanikken baseret på Louis de Broglies hypotese om partiklers bølgeegenskaber. Werner Heisenbergs teori beskrev partikler som partikler, mens Erwin Schrödingers teori beskrev partikler som bølger, og mange fysikere rejste til København for at rådføre sig med hinanden omkring denne forvirrende modstrid. Der blev diskuteret på store og små møder med en to-tre deltagere eller til middag hos Bohr-familien. 

Mod slutningen af 1927 var meningsforskellene konvergeret til en almindelig enighed baseret på Niels Bohrs komplementaritetsbegreb, som indebærer, at et fysisk fænomen observeres på to forskellige ‘komplementære' måder afhængig af den anvendte forsøgsopstilling. For eksempel kunne lys nogle gange optræde som bølger og andre gange som partikler. Begge billeder var nødvendige for at opnå en fuldstændig beskrivelse af fænomenet, skønt de udelukkede hinanden indbyrdes

Niels Bohr fremførte dette radikale synspunkt for første gang ved en konference i Italien i sensommeren 1927 og gentog det ved Solvaykonferencen nogle uger senere. Det, der senere er blevet kaldt Københavnerfortolkningen, var grundlaget for den berømte diskussion mellem Niels Bohr og Albert Einstein på Solvaykonferencerne i 1927 og 1930.

Solvaykonferencen i oktober 1927 hvor verdens mest betydningsfulde fysikere mødtes for at diskutere den nye kvanteteori. Af de 29 deltagere var eller blev 17 Nobelprismodtagere.

Albert Einstein kunne ikke godtage en fysikteori, der opgav klassisk kausalitet (årsagssammenhæng). Mens Niels Bohr mente, at kvante-mekanikken gav en ny og værdifuld forståelse af verden, betragtede Albert Einstein teorien som midlertidig og arbejdede hårdt resten af sit liv på at formulere en ny og bedre teori, der indebar klassisk kausalitet.

Niels Bohr (til venstre) og Albert Einstein (til højre) diskuterer kvantemekanik.

Niels Bohrs diskussioner med Albert Einstein ved Solvay Konferencerne rummer nogle af de meste intense og dybe meningsudvekslinger om fysikken og dens filosofi i det tyvende århundrede. Igen og igen præsenterede Albert Einstein tankeeksperimenter, som modbeviste Københavnerfortolkningen. Hver gang sov Niels Bohr på problemet og kunne den følgende dag sindrigt modsige Albert Einsteins indsigelser. Ved en lejlighed brugte han endda Alberts Einsteins egen almindelige relativitetsteori til formålet.

I starten af 1930'erne vendte Niels Bohrs interesse i teoretisk fysik sig fra den ydre del af atomet til kernen. Hans forskning tog en ny retning, og han ændrede prioriteterne for sit institut.

Man kendte allerede til protoner og elektroner, og i 1932 blev den sidste af atomets byggesten, neutronen, opdaget af James Chadwick. Efter denne opdagelse udviklede kernefysikken sig hurtigt. Samme år, som neutronen blev opdaget, lavede man for første gang en kernereaktion med hurtigt, ladede partikler fra en accelerator, og året efter kunne Enrico Fermi fremstille kunstige radioaktive stoffer ved at beskyde kendte grundstoffer med neutroner. Nogle af disse stoffer var så kortlivede, at Enrico Fermi og hans medarbejdere måtte styrte ned ad laboratoriegangen for at bringe dem til tællerne, inden de forsvandt helt.

Niels Bohr illustrerede compoundkernens dannelse med denne model: En kugle trilles ned i et fad med nogle andre kugler. Gentagne sammenstød fordeler hurtigt energien af den indskudte kugle mellem de øvrige kugler på fadet. Det er derfor usandsynligt, at en enkelt kugle igen samler energi nok til at smutte over kanten. En kugle, dvs. en neutron, er således indfanget.

I 1936 formulerede Niels Bohr sin revolutionerende compoundkerne-model, ifølge hvilken kernen under en reaktion overgår til en midlertidig ustabil compound tilstand, før den vender tilbage til en stabil tilstand, når reaktionen er overstået. Modellen forklarer, hvorfor en neutron indfanges i stedet for at blive genudsendt. Sammen med Niels Bohrs dråbemodel, som han formulerede i 1937, forklarer teorien også fissionsprocessen.

I 1939 fandt Otto Hahn og Fritz Strassmann ud af, at der opstod reaktionsprodukter med lavere atomnummer, når man bestrålede uran med neutroner. De havde opdaget fissionen og banet vejen for frembringelse af nukleare kædeprocesser. Dette satte hæsblæsende forskningsaktivitet i gang på begge sider af Atlanten. Ikke mindst gav Niels Bohr under et længere besøg i Princeton et væsentligt bidrag til den teoretiske forståelse af fissionen.

Niels Bohr indså hurtigt, hvor stor en rolle bestråling af grundstoffer med neutroner ville komme til at spille, og han indrettede sit institut herefter. I en ny fløj blev der placeret en accelerator, der kunne frembringe 1 million volt, og en cyklotron, der blev færdigbygget i 1939. Det var den første cyklotron, der kom i brug i Europa.

Oprindelig havde Niels Bohr ikke beskæftiget sig noget videre med politik. Men efter at nazisterne i 1933 overtog magten i Tyskland, ændrede dette sig. I de efterfølgende år hjalp han adskillige videnskabsfolk ud af Tyskland. I september 1939 brød Anden Verdenskrig ud, og da Danmark blev besat i 1940, valgte Niels Bohr at blive i stedet for at flygte.

Niels Bohr Institutet overtaget af tyskerne.

Selvom Niels Bohr var en af hovedbidragsyderne til den nye kernefysik, mente han ikke, at det ville være muligt at udvikle en atombombe i nær fremtid. Dette var grundlaget for hans afslag på en hemmelig indbydelse til at flytte til England i begyndelsen af 1943, men da han i oktober samme år blev tvunget til at flygte fra det besatte Danmark, skiftede han mening og tog alligevel imod indbydelsen. Efter et kort ophold i Sverige blev han fløjet til England og kom derfra til USA som medlem af den britiske gruppe videnskabsmænd, der deltog i arbejdet på fremstillingen af et kernevåben.

Samtidigt med, at Niels Bohr gik med til at deltage i projektet, startede han på eget initiativ en kampagne for at overbevise britiske og amerikanske statsledere om, at Sovjetunionen skulle informeres om projektets eksistens inden krigens udgang. For Niels Bohr nødvendiggjorde eksistensen af masseødelæggelsesvåben en åben verden, hvor alle videnskabelige og tekniske oplysninger skulle deles mellem nationerne for at undgå ubegrundet mistænksomhed og skæbnesvangre misforståelser. Niels Bohr kæmpede for denne sag lige til sin død i 1962.

Hjemvendt til Danmark efter Anden Verdenskrig gik Niels Bohr i gang med at genetablere sit institut. Krigen havde lagt lidt af en dæmper på de internationale besøg, og samtidig var det småt med pengene i den danske stat. Alligevel lykkedes det Niels Bohr at gennemføre en omfattende udvidelse af institutet og dets ressourcer. Institutet for Teoretisk Fysik blev endnu engang et sted, hvor forskere fra hele verden kunne mødes og diskutere frit.

Niels Bohr foran sit Instiut for Teoretisk fysik i 1957. I 1965 - på 80 års dagen for hans fødsel - blev det officielt omdøbt til Niels Bohr Institutet.

Niels Bohr oprettede sammen med en række kollegaer Forsøgsanlægget Risø i 1955. Det var en eksperimentel afdeling med en moderne accelerator, som skulle bruges til at forske i den fredelig udnyttelse af atomenergi.

Niels Bohr var også en drivende kraft bag oprettelsen af det europæiske center for kerneforskning, CERN, i Geneve. I 5 år organiserede og husede hans CERNs teoretiske afdeling på institutet, indtil den i 1957 blev overført til Geneve.

Niels og Margrethe Bohr med deres børn, svigerbørn og børnebørn på Niels Bohrs 70-års-fødselsdag i 1955.

Niels Bohrs opdagelser revolutionerede videnskaben, og han bliver ofte betragtet som en af det tyvende århundredes største fysikere. Men han standsede ikke der. Han kæmpede uophørligt for at føre verden ind på en kurs, som han troede ville bringe fred og en ny velstand til alle. 

Niels Bohr døde den 18. november 1962 i en alder af 77 år. Han ligger begravet på Assistentens Kirkegård i København.