Niels Bohr (07.10.1885-18.11.1962)

Atommodell - Atomphysik - Atombombe

 

Fällt der Name Niels Bohr, denken wir wohl unweigerlich zuerst an das Bohr'sche Atommodell, obwohl es aus heutiger Sicht nur noch historische Bedeutung hat und neben den anderen Leistungen des Physikers verblaßt. Wer denkt, daß er mit diesem Atommodell die erste Quantentheorie vorstellte? Wer denkt daran, daß er maßgeblich an der Formulierung der Quantenmechanik beteiligt war? Wer denkt an die Atombombe?

Am 7. Oktober 1885 wurden Niels Henrick David Bohr in Kopenhagen geboren. Sein Vater war übrigens der bekannte Physiologe Christian Bohr (1855-1911), der den Bohr-Effekt entdeckte: Kohlendioxid senkt den pH-Wert des Blutes, wodurch die Affinität von Hämoglobin für Sauerstoff sinkt und dieser freigesetzt wird. Der Effekt stellt sicher, daß aktive Gewebe besser mit Sauerstoff versorgt werden.

Nach dem Abitur (1903) studierte Niels Bohr in seiner Heimatstadt Physik. In seiner Dissertation über die Elektronentheorie der Metalle (1911) stellte er fest, daß der Elektromagnetismus der Metalle mit der klassischen Physik nicht zu erklären war. Er war davon überzeugt, daß die Lösung des Problems im Planckschen Wirkungsquantum zu finden war. Max Planck (1858-1947) hatte 1900 festgestellt, daß entgegen der Annahme der klassischen Physik die Strahlungsenergie eines leuchtenden Körpers nicht kontinuierlich, sondern im kleinen Sprüngen abgegeben wird, die er Quanten nannte.

Ende 1911 ging Niels Bohr nach Cambridge (England) und bald darauf nach Manchester zu Ernest Rutherford (1871-1937). Dessen Atommodell aus dem Jahre 1910, in dem Elektronen einen positiven Kern umkreisten, kombinierte Niels Bohr mit dem Planckschen Wirkungsquantum, indem er den Elektronen unter anderen diskrete Zustände (Schalen) zuordnete. 1913 erklärte Niels Bohr mit diesem Modell erstmals die Spektrallinien des Wasserstoffs (Balmer-Serie nach Johann Balmer, 1825-1898). Niels Bohr führte auch das Korrespondenzprinzip ein, nach dem die elektromagnetische Strahlung eines Elektrons in der Atomhülle dem Energieniveau zwischen den Elektronenschalen entspricht. Auch sah er die Existenz von Isotopen und die radioaktiven Verschiebungsgesetze voraus; da Ernest Rutherford dies jedoch für zu gewagt hielt, unterband er die Veröffentlichung.

1913 wurde Niels Bohr Dozent an der Universität Kopenhagen, 1914-16 arbeitete er wiederum bei Ernest Rutherford an Details seiner Quantentheorie. Danach wurde er zum Professor nach Kopenhagen berufen. 1920 wurde für ihn das Institut für theoretische Physik gegründet.

Im gleichen Jahr lernte Niels Bohr auf einem Vortrag in Berlin Max Planck und Albert Einstein (1879-1955) kennen. Albert Einstein hatte sich 1905 mit seiner Erklärung des photoelektrischen Effekts durch Lichtquanten (Photonen) selbst an der Entwicklung der Quantentheorie beteiligt, mit den sich daraus ergebenden Konsequenzen jedoch Schwierigkeiten. Zeitlebens bezeichnete er die Quantenprinzipien als »verrückt« und »realitätsfern«. Niels Bohr sah das Problem weniger in der Verrücktheit der Welt oder der beteiligten Wissenschaftler, als darin, daß eine neue Physik mit den Begriffen der alten beschrieben werden mußte. Das führte zum Welle-Teilchen-Dualismus: dem gleichzeitigen Zuordnen von Teilchen- und Welleneigenschaften (Komplementarität), obwohl diese sich gegenseitig ausschließen. Im Resultat bedingte die Messung der einen Größe die Unbestimmbarkeit einer anderen (z. B. Ort und Impuls). Wer sich an die Heisenberg'sche Unschärferelation (besser Unbestimmtheitsrelation) erinnert fühlt: Werner Heisenberg (1901-1976) ging sogar noch einen - konsequenten - Schritt weiter und schloß nicht einfach die gleichzeitige Bestimmung zweier Eigenschaften aus, sondern, daß Quanten diese Eigenschaften überhaupt besitzen - solange bis man sie messen wollte.

Werner Heisenberg hat Niels Bohr 1922 während der sogenannten Bohr-Festspiele in Göttingen kennengelernt, die anläßlich der Nobelpreis-Verleihung an Bohr für seine Verdienste um die Erforschung der Struktur der Atome und der von ihnen ausgehenden Strahlung veranstaltet wurden. Rasch verband ihn eine produktive Freundschaft mit dem jungen Deutschen, und er lud ihn mehrfach nach Kopenhagen ein. Gemeinsam entwickelten sie in den 20er Jahren die Quantentheorie zur Quantenmechanik weiter. Obwohl es keine gemeinsame Veröffentlichung von ihnen gibt, werden ihre Auslegungen heute gern als die »Kopenhagener Deutung der Quantenmechanik« zusammengefaßt.

Die Freundschaft zerbrach in den 30er Jahren, da Werner Heisenberg allzu lässig mit der politischen Situation umging. Zu einer letzten schicksalhaften Begegnung kam es 1941 - Niels Bohr arbeitete zu diesem Zeitpunkt an einer Theorie der 1938 von Otto Hahn (1879-1968), Fritz Straßmann (1902-1980) und Lise Meitner (1878-1968) entdeckten Kernspaltung. Was genau passierte, wird wohl das Geheimnis des Kopenhagener Hafens bleiben, wo das Treffen stattfand. Fakt ist, daß Niels Bohr im Anschluß daran glaubte, daß die Deutschen daran waren, eine Atombombe zu bauen. Da er Werner Heisenberg kannte, mußte er davon ausgehen, daß dies gelingen würde.

1943 floh der Sohn einer Jüdin gerade noch rechtzeitig mit seiner Familie in einem Segelboot nach Stockholm und wurde von dort, mit Zwischenstation in Großbritannien, in die USA gebracht und an dem Manhattaner Atombombenprojekt unter Robert Oppenheimer (1904-1967) beteiligt.

Nach dem Krieg kehrten Niels Bohr nach Kopenhagen zurück und setzte sich für eine strikte Rüstungskontrolle ein, wofür er 1957 als erster den »Atoms for Peace Award« erhielt. Zuletzt beschäftigte er sich mit dem Phänomen der Supraleitung.

Nach seinem Tod am 18. November 1962 wurde sein Sohn Aage Bohr (*1922) neuer Leiter des Kopenhagener Institutes für theoretische Physik. 1975 erhielt auch er den Nobelpreis für Physik für ein Thema aus der Atomphysik.
Am 07. Oktober wäre Niels Henrick David Bohr 120 Jahre alt geworden.

Silke Sorge