¿Qué hizo Niels Bohr? Información sobre trabajos de Niels Bohr, teoría atómica, principio de complementariedad, modelo nuclear de gota líquida y contribuciones a la ciencia.
Contribuciones de Niels Bohr a la ciencia; (1885-1962), físico danés y uno de los más grandes científicos y pensadores de todos los tiempos. Fundó la teoría moderna de la estructura atómica y molecular, hizo una contribución decisiva a la teoría de la estructura y reacciones nucleares e introdujo en la lógica del pensamiento científico el nuevo concepto fundamental de complementariedad.
Contribuciones a la ciencia.
El primer gran logro de Bohr, a la edad de 28 años, tuvo su punto de partida en el descubrimiento del núcleo atómico por el físico británico Ernest Rutherford. De este descubrimiento surgió un modelo del átomo como un sistema complejo que consta de un núcleo extremadamente pequeño pero denso que lleva una carga eléctrica positiva y un cierto número de electrones cargados negativamente que se mueven en órbitas definidas alrededor del núcleo bajo la influencia de la atracción de este último.
Bohr vio de inmediato que este modelo de estructura atómica abría el camino a una teoría completa de todas las propiedades físicas y químicas de la materia. Con este fin, sin embargo, se requería una desviación radical de las leyes clásicas de la mecánica y el electromagnetismo, ya que estas leyes no podían explicar la estabilidad de los sistemas atómicos del tipo propuesto por Rutherford. Según la ley clásica, se esperaría que un átomo de Rutherford se desintegrara en muy poco tiempo debido a la radiación de energía de los electrones en movimiento. Bohr se dio cuenta de que la estabilidad atómica estaba relacionada con la característica de discontinuidad que Planck había descubierto en la estructura de la radiación electromagnética. Postuló que el átomo es capaz de subsistir sin irradiar energía en una serie de estados estacionarios discretos, caracterizados por números definidos de cuantos de acción. Además, postuló que el átomo irradia energía solo cuando hace una transición completa de un estado estacionario a otro emitiendo un cuanto de energía en forma de radiación electromagnética.
En esta forma primitiva, la teoría de Bohr era imperfecta desde el punto de vista lógico, ya que las leyes clásicas aún tenían que aplicarse simultáneamente con los postulados cuánticos, que contradecían. Una guía útil se derivó de una correspondencia general entre las propiedades clásicas y cuánticas, pero solo después de muchos años de esfuerzo se encontró una formulación lógicamente consistente de toda la teoría. En este período, la crítica de Bohr resultó invaluable. La mecánica matricial de Werner Heisenberg, que trajo la solución del dilema en 1925, puede considerarse como la conclusión exitosa de una línea de investigación inspirada por Bohr.
Enriquecida por contribuciones esenciales de una línea de pensamiento independiente iniciada por Louis de Broglie y perfeccionada por Erwin Schrôdinger, la nueva mecánica cuántica logró incorporar los postulados cuánticos en una generalización de la mecánica y el electromagnetismo. Sin embargo, su formulación todavía presentaba serias dificultades lógicas, en la medida en que pretendía ser una síntesis de características clásicas y cuánticas aparentemente conflictivas de los fenómenos. En esta coyuntura, la intervención de Bohr, en 1927, fue nuevamente decisiva para dar una completa elucidación de este problema lógico y señalar su significado universal.
El principio de complementariedad.
Se puede decir que este trabajo de Bohr inauguró una nueva fase en la evolución del pensamiento humano. De hecho, se vio obligado a reconocer que la concepción tradicional de causalidad determinista necesitaba generalización cuando se aplicaba a los procesos atómicos.
Esto último puede considerarse desde dos puntos de vista —la localización espacio-temporal y la conservación del momento-energía— que, aunque contradictorios y mutuamente excluyentes, son sin embargo ambos indispensables para dar una descripción completa de la experiencia. Sin embargo, los dominios de validez de cada uno de estos dos modos de descripción están sujetos a una limitación recíproca que evita cualquier contradicción lógica. Esto significa, sin embargo, que las predicciones que pueden hacerse sobre el resultado de un experimento definido se refieren, en general, a las probabilidades de varios resultados posibles. A este nuevo tipo de causalidad estadística, Bohr le dio el nombre de «complementariedad»: se dice que los dos modos de descripción mutuamente excluyentes son complementarios entre sí, y se condicionan mutuamente de manera estadística.
El reconocimiento de las relaciones de complementariedad entre los conceptos clásicos y cuánticos, expresando sus limitaciones mutuas, permite dar una explicación completa y consistente de los fenómenos atómicos en términos de estos conceptos. En muchas ocasiones Bohr destacó la posibilidad de aplicar un método de análisis similar a los más variados dominios del conocimiento, en particular a la biología, donde se encuentran aparentes contradicciones que se resuelven en relaciones de complementariedad.
El modelo nuclear de gota líquida.
Después de aproximadamente 1930, la actividad de investigación en el instituto de Bohr en Copenhague se concentró cada vez más en la exploración del núcleo atómico, un desarrollo que fue posible gracias al continuo perfeccionamiento de las técnicas experimentales. En 1936, Bohr hizo una contribución esencial a este nuevo dominio al proponer un cuadro general de la constitución de los núcleos y de sus transmutaciones y desintegraciones.
Esta imagen sigue siendo uno de los fundamentos del análisis de las reacciones nucleares. Una vez más, logró establecer el orden y la armonía en una situación en la que diferentes datos empíricos apuntaban a características aparentemente contradictorias en el comportamiento de los sistemas nucleares. Señaló que, si bien los procesos nucleares, al igual que los atómicos, se rigen por los postulados cuánticos, la pequeñez de la región en la que se producen las interacciones nucleares, así como la fuerza de estas interacciones, justifican una descripción aproximada de los procesos de transición se acercan mucho más al límite clásico que en el caso de los átomos.
Según esta imagen, una reacción nuclear se produce en dos etapas, la primera de las cuales es la captura de la partícula con la que se bombardea el núcleo, dando lugar a la formación de un sistema compuesto de gran energía y larga vida (a escala nuclear). comparable a una gota de líquido de muy alta temperatura. En la segunda etapa, este sistema compuesto se deshace de su exceso de energía mediante diversos procesos, como la emisión de partículas de radiación, que pueden compararse con la evaporación de la gota caliente. Uno de los procesos posibles, para núcleos pesados, es la fisión del sistema compuesto en dos fragmentos de tamaños comparables. Es a Bohr a quien debemos la comprensión del mecanismo de fisión nuclear, descrito por él inmediatamente después de su descubrimiento en 1939.
