Jaume Navarro - Bohr. El átomo cuántico

JAUME NAVARRO, es investigador Ikerbasque en la Universidad del País Vasco. Se formó en física, filosofía e historia de la ciencia y tiene un historial de investigación internacional después de haber pasado varios años en la Universidad de Cambridge, el Imperial College de Londres, el Instituto Max Planck de Historia de la Ciencia y la Universidad de Exeter. Es autor, entre otros libros, de A History of the Electron. J. J. and G. P. Thomson (Cambridge University Press, 2012).

Bohr juega con los electrones

A lo largo de su desarrollo las ciencias se fueron adentrando paulatinamente en el ámbito de lo más pequeño: primero, los átomos, y más tarde, los minúsculos electrones. A principios del siglo XX los electrones todavía eran un descubrimiento reciente y constituían todo un universo por explorar. Sobre esta materia versó la tesis doctoral del Niels Bohr, un primer trabajo en el que el joven investigador ya demostró su valía y su originalidad como físico.

Niels Bohr desarrolló sus primeras investigaciones en Dinamarca, una nación pequeña en comparación con las grandes potencias europeas del siglo XIX (Gran Bretaña, Francia y Alemania). De cultura vikinga y escandinava, este pequeño país fue la cuna de escritores como Hans Christian Andersen (1805-1875), cuyos cuentos alcanzarían fama mundial, el filósofo existencialista Søren Kierkegaard (1813-1855) y Karen Blixen, que firmó sus obras con el pseudónimo de Isak Dinesen (1885-1962). Entre los científicos daneses más famosos destacan el astrónomo Tycho Brahe (1546-1601) y los físicos Hans Christian Ørsted (1777-1851), cuyos trabajos sobre la relación entre la electricidad y el magnetismo le convirtieron en uno de los padres del electromagnetismo, y Ludvig Valentin Lorenz (1829-1891), conocido internacionalmente por sus estudios sobre óptica, electricidad y termodinámica. Pero en esta lista de personajes ilustres hay que añadir a Niels Henrik David Bohr, uno de los daneses más influyentes en la historia del siglo XX.

Niels Bohr nació el 7 de octubre de 1885 en una mansión neoclásica del centro de Copenhague que su abuelo materno, un banquero judío con una gran fortuna, había comprado unos diez años antes. Su padre, Christian Bohr (1855-1911), era lector de fisiología en la Universidad de Copenhague, donde llegaría a ser catedrático y rector, siguiendo la tradición académica establecida por diversas generaciones de Bohr en el siglo XIX. Así, Christian Fredrik (1773-1832) fue miembro de la Academia de Ciencias de Suecia y Noruega; Peter Georg (1776-1846), bisabuelo de Niels, fue lector de teología en varias instituciones escandinavas, y Henrik Georg Christian (1813-1880), abuelo de Niels, fue catedrático y rector del Instituto Westenske de Copenhague. Estos datos permiten situar al joven Niels en una familia acomodada e intelectual en la Copenhague de finales del siglo XIX.

De hecho, su madre, Ellen Adler (1860-1930), pertenece a la primera generación de jóvenes danesas a las que se permitió estudiar en la universidad, si bien con condiciones, ya que las autoridades académicas creían que esta deferencia hacia el sexo débil podía mermar la calidad de la enseñanza universitaria. Para garantizar el éxito de las mujeres en sus estudios, se impuso que estas contaran con una ayuda suplementaria; de este modo, se reguló que todas las jóvenes matriculadas debían disponer de un tutor personal que las ayudara en la ardua tarea de los estudios universitarios. Fue así como Ellen conoció al profesor de fisiología Christian Bohr, quien se convirtió en su marido.

TYCHO BRAHE

Nacido en 1546 en Escania, provincia sueca entonces perteneciente a Dinamarca, Tycho Brahe es uno de los astrónomos más importantes del Renacimiento, junto con Copérnico, Kepler y Galileo. El rey de Dinamarca le donó la isla de Hven, donde Tycho construyó el que posiblemente fuera el mejor observatorio astronómico de su tiempo, ya que estaba dotado de un gigantesco cuadrante con el fin de medir con mayor precisión los ángulos aparentes de las estrellas. Como si de una moderna fábrica se tratase, cada persona que trabajaba en Hven cumplía una misión muy específica —ya estuviera dedicada a los trabajos más manuales, las observaciones con el cuadrante o los posteriores cálculos matemáticos—, siendo todas ellas supervisadas por el omnipresente Brahe. A finales del siglo XVI, cuando los astrónomos se debatían entre el modelo clásico del cosmos —en el que todos los planetas orbitaban alrededor de la Tierra— y el nuevo modelo de Copérnico —en el que el Sol ocupaba el centro—, Tycho Brahe propuso una tercera vía: suponer que la Tierra seguía en el centro del universo, alrededor del cual giraban el Sol y la Luna, pero que el resto de planetas giraban alrededor de ese Sol móvil, tal y como muestra la figura adjunta. Es interesante señalar que, ya en el siglo XX, la analogía entre sistemas planetarios y estructura atómica constituyó una fuente de problemas y que Niels Bohr fue el primero en romper esa analogía entre el movimiento de los astros en el cosmos y el movimiento de los electrones en el átomo.

Niels fue el segundo hijo de este matrimonio. Dos años antes había nacido su hermana Jenny (1883-1933), quien, siguiendo los pasos de su madre, recibió formación universitaria en Copenhague y Oxford. De temperamento nervioso, su salud le impidió en ocasiones ejercer su profesión y pasión como profesora. Dos años después que Niels, nació su hermano Harald (1887-1951). Ya desde pequeños se estableció entre los dos hermanos una relación de profunda amistad, cuya intensidad se mantuvo intacta toda la vida. De hecho, es a través de las cartas a su hermano que conocemos algunos de los entresijos de las primeras aventuras académicas de Niels Bohr fuera de Dinamarca Harald se convirtió en un brillante matemático —catedrático en la Universidad de Copenhague— y en mejor futbolista que su hermano, llegando a formar parte del equipo danés en los Juegos Olímpicos de 1908, celebrados en Londres.

La casa de los Bohr fue el lugar donde Niels y Harald dieron sus primeros pasos en la vida intelectual. Su padre solía reunirse allí con el catedrático de física Christian Christiansen (1843-1917), el filósofo Harald Hoeffding (1834-1931) y el lingüista Vilhelm Thomsen (1842-1927), con el fin de discutir de modo informal los más diversos temas. A los dos hermanos se les permitía asistir a estas conversaciones e incluso contribuir a ellas con sus preguntas y críticas. Así se fueron consolidando algunas de las características que marcaron el trabajo científico de Bohr: su pasión por llegar hasta el final, en diálogo con el máximo número de puntos de vista posible y sin dejar ningún cabo suelto.

ØRSTED Y LOS ORÍGENES DEL ELECTROMAGNETISMO

Grabado que muestra a Ørsted llevando a cabo uno de sus experimentos electromagnéticos en la Universidad de Copenhague.

El científico danés de la primera mitad del siglo XIX Hans Christian Ørsted es conocido por ser uno de los primeros investigadores que demostró la relación intrínseca entre la electricidad y el magnetismo, fundiendo dos ciencias en una: el electromagnetismo. Casi por casualidad, en 1820 Ørsted observó cómo al encender o apagar un interruptor en un circuito eléctrico, se desviaba la aguja de una brújula cercana al dispositivo. Esto demostraba que la corriente eléctrica y las desviaciones magnéticas eran fenómenos relacionados entre sí. Lo llamativo es que esta influencia solo se da al encender o apagar el interruptor, o al variar la intensidad de la corriente eléctrica, de manera que no es propiamente la corriente, sino sus variaciones, las que afectan al campo magnético terrestre y, por lo tanto, hacen desviar la aguja imantada.