Fizyka kwantowa a filozofia, według Nielsa Bohra

Mechanika kwantowa stanowi fundament fizyki XX i XXI wieku. Bez niej nie byłoby tranzystora, procesora, energii jądrowej, sztucznej inteligencji i ostatniej nowości – komputera kwantowego. Najwybitniejszym fizykiem kwantowym był Niels Bohr.

Urodził się on 7 października 1885 roku. Chłopiec dorastał w rodzinie o wysokim poziomie intelektualnym, idealnym środowisku do rozkwitu jego geniuszu. Matka była serdeczna i inteligentna, ojciec widział w synu zalążki wielkiego umysłu. Bohr został ateistą.

W latach 1912-1913 Bohr przedstawił przełomowe prace na temat budowy atomu wodoru. Jego model do dziś jest podstawą mechaniki kwantowej. Opisał w nim ruch elektronów wokół jądra atomowego. Kluczowy okazał się postulat, że elektrony mogą zajmować tylko orbity znajdujące się w ściśle określonych odległościach od jądra, bo tylko tam nie promieniują energii. Przejście elektronu z niższej orbity na wyższą wymaga dostarczenia energii, której kosztem zostanie wykonana praca przeciwko sile przyciągania jądra atomowego. Energia ta jest ściśle określona, równa różnicy energii na dozwolonych poziomach elektronowych. Powrót elektronu wiąże się z emisją fali elektromagnetycznej, oczywiście o tej samej, dokładnie określonej energii. To tłumaczy, dlaczego pierwiastki wysyłają i pochłaniają światło tylko o konkretnej długości fali (energii), czyli dlaczego na przykład neon świeci na czerwono, a lampy z parami sodu – na żółto.

Do dokładnej analizy światła, to znaczy badania, z jakich częstotliwości (czyli barw) się ono składa, służy spektroskop. Najlepsze znane nam takie urządzenie do zastosowań szkolnych, to PS-2600 – Bezprzewodowy spektrometr.

Duński naukowiec rozumiał, że skoro elektrony, niewątpliwie przyciągane przez jądro atomu,  ostatecznie nie spadają na nie, przestaje mieć zastosowanie klasyczna fizyka newtonowska. Zwrócił więc uwagę na kwantową teorię promieniowania ciała doskonale czarnego Maxa Plancka i wtedy wszystko zaczęło do siebie pasować.

W następnych latach, brytyjski fizyk Harry Moseley, pod kierownictwem Bohra, dzięki swoim badaniom nad promieniowaniem rentgenowskim emitowanym przez atomy, ostatecznie uszeregował pierwiastki w układzie okresowym wedle liczby atomowej (a nie masy atomowej).

W 1922 roku Niels Bohr odebrał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Naukowiec, w miarę postępu badań nad zagadnieniami fizyki kwantowej dostrzegł, że człowiek, z jego narzędziami pomiarowymi, ma ograniczoną zdolność do postrzegania zdarzeń wewnątrzatomowych.

Ostatecznie w 1927 roku Bohr wygłosił wykład “Filozoficzne podstawy teorii kwantów”, w którym ogłosił koncepcję, że obiekty w skali atomowej można określać we wzajemnie sprzeczny sposób – jako fale i jako cząstki. W tym samym roku niemiecki fizyk Werner Karl Heisenberg w swojej „zasadzie nieoznaczoności” wykazał, że położenie i pęd cząstki nie dadzą się dokładnie określić jednocześnie.

Bohr poszedł dalej, kwestionując obiektywność nauki. Utrzymywał, że nie istnieje coś takiego, jak izolowany eksperyment. Ingerencja obserwatora zmienia wynik eksperymentu kwantowego. Najgorętszym przeciwnikiem tej teorii był fizyk Erwin Schroedinger, który w eksperymencie nazwanym później “kotem Schroedingera” dowodził, że kot musi być albo żywy, albo martwy i nie przebywa w jakimś stanie zawieszenia między życiem a śmiercią tylko dlatego, że na niego nie patrzymy. Ale to już temat na inną opowieść. W nowoczesnej fizyce wygrała jednak teoria Bohra i wynikająca z niej nieprzewidywalność zachowań cząsteczek atomowych.

W latach trzydziestych ubiegłego wieku Bohr zajął się fizyką jądrową, pracował nawet przy Projekcie Manhattan, budowy bomby atomowej. Sprzeciwiał się jednak jej użyciu. Po wojnie wrócił do Danii, gdzie był aktywny zawodowo do 1955 roku.

Zmarł 17 listopada 1962 roku na atak serca podczas poobiedniej drzemki.

Wkład Duńczyka w rozwój nowoczesnej fizyki ustępuje jedynie osiągnięciom Alberta Einsteina.

Opracowano na podstawie:

  • 100 najwybitniejszych uczonych wszech czasów, John Simmons, Świat Książki, 1997
  • Fizyka, 50 idei, które powinieneś znać, Joanne Baker, PWN, 2019

Udostępnij: