Ricorre oggi 7 ottobre 2012 il 127° anniversario della nascita di Niels Bohr, l’uomo che per primo applicò la scoperta dei quanti alla struttura atomica, aprendo una nuova era della fisica.
Una lavagna su cui campeggia il modello della sua intuizione più celebre, il cosiddetto “atomo di Bohr”, che rivoluzionò per sempre la nostra concezione della natura e il tradizionale modello di atomo fino ad allora accettato, simile a un sistema solare in miniatura, con gli elettroni che orbitano pigramente intorno al nucleo. Così Google celebra il 127° anniversario della nascita di Niels Bohr, l’enfant prodige della fisica quantistica che a soli ventuno anni si era aggiudicato la medaglia d’oro dell’Accademia reale danese per un suo saggio di fisica, battendo persino il padre che l’anno della nascita di Niels aveva vinto una più modesta medaglia d’argento con un saggio di fisiologia: “Sono fatto d’argento, ma Niels è d’oro”, amava ripetere Christian Bohr parlando di suo figlio. E lui, il danese d’oro, non lo avrebbe deluso.
Gli anni belli
Nei cosiddetti “anni belli” della fisica atomica, quelli della scoperta della relatività e della meccanica quantistica, precedenti agli “anni bui” della Seconda guerra mondiale che avrebbero portato a usare quelle scoperte per realizzare la prima bomba nucleare, Niels Bohr riuscì giovanissimo a inserirsi nel ristretto circolo di fisici impegnati a rivoluzionare il mondo. Dopo la laurea e il dottorato a Copenaghen, si trasferì a Cambridge, dove fu accolto da Sir J.J. Thomson, che nel 1906 aveva ricevuto il Nobel per la fisica per la sua scoperta dell’elettrone. Ma la scarsa dimestichezza di Bohr con l’inglese non facilitò il rapporto con Thomson, così si trasferì a Manchester, dove lavorava un altro gigante della fisica, Sir Ernest Rutherford, di origini neozelandesi, premio Nobel per la chimica nel 1908 per i suoi studi sull’atomo.
Niels Henrik David Bohr Nobel per la fisica 1922.
Era inevitabile che Bohr finisse attratto dal grande mistero degli atomi, di cui in quegli anni si cominciavano a scoprire i segreti. Anche se inizialmente aveva dedicato il suo genio ad altri temi della fisica, dopo aver appreso il modello atomico di Rutherford iniziò a dedicarsi ad alcuni enigmi dell’atomo. Si rese conto che la tavola periodica degli elementi era determinata dall’obbligo di compensazione della carica elettrica dell’atomo, che dev’essere inevitabilmente neutra. Quindi, se l’atomo di idrogeno, il più semplice, di peso atomico 2, era composto da un nucleo di carica positiva e da un elettrone di carica negativa, salendo nella tavola periodica si scopriva che l’aumento del peso atomico derivava dalla graduale aggiunta di una carica nucleare positiva e di un elettrone di carica negativa. Ciò apriva le porte a una serie di scoperte sorprendenti: sottraendo un “pezzo” di nucleo a un atomo, ecco che si aveva un isotopo radioattivo, cioè un atomo instabile capace di emettere radiazione alfa, beta o gamma.
L’atomo di Bohr
Ma quello era solo l’inizio. Era a Copenaghen che si sarebbe scritta la storia della fisica quantistica, non in Inghilterra. Sposatosi con Margrethe, la ragazza amata da sempre, Niels Bohr tornò in Danimarca per insegnare. Rutherford era stato freddo nei confronti delle sue teorie, Thomson l’aveva ignorato. Come tutti gli anziani, erano poco aperti alle novità. Per Bohr, l’atomo di Rutherford non poteva funzionare. Gli elettroni non potevano orbitare intorno al nucleo atomico come i pianeti intorno al Sole: dopo un po’, sarebbero caduti nel nucleo, a causa del fatto che cariche di segno opposto si attraggono. Si trattava di una struttura atomica del tutto instabile. Ma in quegli stessi anni qualcuno aveva avuto un’idea bislacca. Max Plank aveva sostenuto che l’energia non fluisce in maniera continua, ma “impacchettata” in particelle chiamate “quanti”. La luce, o meglio la radiazione elettromagnetica, era composta da una serie di particelle quantistiche, i “fotoni”, ciascuna con un determinata quantità di energia. Bohr conosceva quelle idee nuove e decise di applicarle alla struttura atomica.
Il doodle di Google dedicato a Bohr.
Nel 1913 pubblicò la sua teoria, destando subito enorme scalpore. Bohr ipotizzava che gli elettroni intorno al nucleo sono posti in orbite determinate a seconda della loro energia. Ogni orbita ha uno stato energetico preciso, e un elettrone può cadere da un’orbita ad alta energia a una di energia più bassa emettendo un fotone, il quanto dell’energia. Da qui l’equazione che campeggia anche oggi sul doodle di Google: ΔE=hv, che indica l’energia emessa da un fotone quando l’elettrone cambia orbita, espressa in termini di h, la costante di Planck. Nel 1922 la teoria sembrò abbastanza convincente in termini di osservazioni sperimentali da permettere a Bohr di ricevere il premio Nobel. Alla cerimonia partecipò anche Albert Einstein, che aveva vinto il premio per l’anno precedente, e che solo ora poteva ritirarlo, a causa del rinvio di un anno della cerimonia. Einstein era stato subito colpito dalle ricerche di Bohr, ma presto avrebbe preso un’altra strada: Bohr, Heisenberg e altri fisici europei sarebbero divenuti infatti strenui sostenitori della realtà della teoria quantistica, con tutti i suoi paradossi così incredibili.
Bohr e Einstein discutono di meccanica quantistica in casa di Paul Ehrenfest a Leida nel dicembre 1925.
Einstein, invece, l’avrebbe sempre osteggiata, definendola solo come un’interpretazione incompleta della realtà. All’origine di quella diversità di opinioni c’era soprattutto una diversa visione filosofica: per Einstein, dio non giocava a dadi con l’universo. La natura doveva essere regolata da leggi certe, non dalla probabilità, come invece sostiene la meccanica quantistica. Ancora oggi, però, sembra che Einstein fosse nel torto.
L'ombra della bomba
La carriera di Niels Bohr continuò anche negli anni bui. Favorì l’espatrio di numerosi colleghi tedeschi durante l’avvento del nazismo e alla fine egli stesso decise di lasciare la Danimarca prima che fosse troppo tardi, essendo la sua famiglia di origini ebraiche. I nazisti, che avevano occupato il paese, lo volevano a tutti i costi – forse anche perché la Germania aveva iniziato a comprendere le ricadute militari delle ricerche atomiche – ma Bohr si imbarcò su un battello da pesca e scese in Svezia, da dove proseguì avventurosamente con un aereo militare fino in Inghilterra. Infine giunse a Los Alamos, in America, dove si stava mettendo a punto la bomba atomica. Viaggiava sotto falso nome, si faceva chiamare Mr. Baker.
Ma non era uno di quei fisici che voleva a tutti i costi una bomba per dimostrare al mondo la potenza atomica e ridurre tutti al silenzio. Nel 1944, prima di Hiroshima, andò da Roosevelt e gli disse che bisognava rompere il “segreto atomico” e collaborare con l’URSS, per aprire una nuova era di pace. Disse lo stesso al consigliere scientifico di Churchill. Nessuno lo prese in considerazione. Tornò a Copenaghen, dopo la guerra, per impegnarsi nella ricerca della fisica teorica e nell’uso pacifico dell’energia atomica. Continuò a dibattere con Einstein sulla validità della sua interpretazione della meccanica quantistica, oggi nota come “interpretazione di Copenaghen”. Il 17 novembre 1962, dopo aver rilasciato un’intervista proprio su quel tema, andò a riposare dopo il pranzo domenicale. Non si svegliò più. Aveva 78 anni.
Articolo scritto da Roberto Paura Fonte:(clica qui)
Approfondimenti:(realtà della teoria quantistica) e (Quando gli scienziati atomici previdero la fine del mondo)
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