Niels Bohr (1885-1962)

Niels Bohr  (1885-1962) oli väljapaistev taani füüsikateoreetik, üks kaasaegse kvantfüüsika loojaid. Bohr on sündinud, õppinud ja veetnud suurema osa oma elust Kopenhaagenis. Tema isa Christian Bohr oli sealse ülikooli füsioloogiaprofessor, kes hakkas esimesena vastu võtma naisüliõpilasi Kopenhaageni ülikooli. Üks esimesi neist oli veetlev ja andekas juuditar Ellen Adler, kelle ta peagi nais. Neil oli kaks poega: Niels ja poolteist aastat noorem Harald. Haraldist sai matemaatik, kelle nõuandeid Niels hilisemas töös sageli kasutas. Muide kujunes ta ka edukaks jalgpalluriks, kes Taani meeskonna poolkaitsjana võitis 1908. a Londoni olümpiamängudel hõbemedali. (Kui Niels Bohr hiljem töötas Rutherfordi juures, kõneles too vahel eksikombel temast kui "tollest vutipoisist".) Haraldit peeti Nielsist andekamakski. Oma käbeda mõtlemisega suutis ta ülikooligi lõpetada vanemast vennast varem. Seevastu oli Niels põhjalikum. Bohride kodu oli filosoofide, teadusmeeste ja kirjanike salongiks, millest ei peletatud ka lapsi. Vastupidi, neid õhutati kaasa mõtlema ja vaidlustes osalema.

1903 astus Niels Bohr Kopenhaageni ülikooli. Juba üliõpilasena alustas ta uurimistööd, saades 1907. a Taani Kuningliku Akadeemia kuldmedali vedelike pindpinevuse eksperimentaalse uurimise eest. 1909. a jõudis ta magistrikraadini ning aprillis 1911 kaitses ta väga edukalt doktoritöö metallide elektronteooriast. Edukas noorteadlane sai Carlsbergi õlletehaselt stipendiumi enesetäiendamiseks välismaal. Ta otsustas seda kasutada tööks kuulsa Joseph John Thomsoni, elektroni avastaja juures Cambridge'is Cavendishi laboratooriumis. Paraku osutas vananev teadlane liig vähe tähelepanu noorele taani füüsikule. Tolle inglise keelde tõlgitud väitekirigi jäi puutumatult lebama Thomsoni lauanurgale. Õnnelik juhus viis Bohri kokku Ernest Rutherfordiga. Märtsis 1912 siirdus Bohr Manchesteri ülikooli Rutherfordi laboratooriumisse. Rutherford oli just koos Geigeri ja Marsdeniga avastanud aatomituuma ja sellest lähtudes püstitanud planetaarse aatomimudeli, mis oli aga klassikalise füüsika seisukohalt ebastabiilne. Enamik füüsikuid toetas tollal Thomsoni "rosinakukli" aatomimudelit (positiivse laenguga kera "sissetipitud" elektronidega). Kuid Bohr tajus intuitiivselt, et õigus oli Rutherfordi poolel ja üritas leida planetaarmudelile teoreetilist põhjendust. Ta aimas, et klassikalise füüsika seadused ei ole rakendatavad üliväikestele objektidele, aatomimaailma. Ühtlasi taipas ta, et asjasse peab olema segatud Plancki elementaarne mõjukvant h. Uurimisobjektiks valis ta esialgu lihtsaima aatomi, vesinikuaatomi. Juureldes, kuidas lepitada Rutherfordi mudelit teadaolevate faktidega (aatomite püsikindlus, üksikelementide aatomite identsus), jõudis ta oma kahe põhipostulaadini: tiireldes teatavatel kindlatel statsionaarsetel e lubatud orbiitidel tuuma ümber, elektronid ei kiirga elektomagnetlaineid (kuigi nad pidanuks klassikalise elektrodünaamika kohaselt); aatomid kiirgavad ja neelavad ainult elektroni siiretel ühelt lubatud orbiidilt teisele. Kuidas aga arvutada energiatasemete energiat ning kiiratavate/neelatavate valguskvantide energiat? Siin oli esialgu raske lahendust leida. 1913. aasta veebruari alul külastas Kopenhaagenit spektroskopist H.M. Hansen, Bohri õpingukaaslane. Ta meenutas Bohrile Balmeri valemit, mis oli mõlemile juba ülikoolipäevilt tuttav, kuid mis oli Bohril sootuks meelest läinud. Leidnud valemi vanast konspektist, oli, nagu Bohr hiljem ütles, "korrapealt kõik selge". Ei saanud ju märkamata jääda sarnasus Bohri valemi hf = E2 – E1 ja Balmeri-Rydbergi valemi f = const (1/n22 – 1/n12) vahel. Nüüd oli Bohril ka võti vesinikuaatomi energiatasemete arvutamiseks. Bohri valemist arvutatud vesiniku spektrijoonte sagedused ühtisid üllatavalt hästi eksperimentaalsetega. Nõnda toetas spektroskoopia tugevasti Bohri teooriat. Talle oli ka selge, et uue teooria piirjuhuna peavad välja tulema vana teooria seosed. Sellest lähtudes püstitas ta vastavusprintsiibi: suurte kvantarvude puhul ühtivad tema teooriast arvutatud spektrijoonte sagedused klassikalisest teooriast arvutatutega (vt lisaülesanne 7e). See lahendas ka mõistatuse, miks aatomi spektrijoonte sagedused ei klapi elektroni tiirlemissagedustega aatomis. Pisut hiljem püstitas de Broglie hüpoteesi osakestega seotud lainetest – mateerialainetest. Esialgu, enne elektronide difraktsiooni katselist avastamist, toetas tema hüpoteesi eeskätt tähelepanek, et Bohri statsionaarsete elektronorbiitide tingimus, mvr = nh/2p, järeldub sedamaid hüpoteesist, kui oletada, et statsionaarsele orbiidile peab mahtuma parajasti täisarv elektronilainete pikkusi. 1927 sõnastas Bohr täiendusprintsiibi: osakeste laine- ja korpuskulaaromadused otsekui täiendavad üksteist, nad ei saa ilmneda korraga, vaid kord üks, kord teine, erinevalt püstitatud katsetes. Schrödingeri ja Heisenbergi loodud kvantmehaanika näitas küll, et Bohri kujutlus aatomist erineb suuresti tegelikkusest: elektronid ei saa tiirelda tuuma ümber kindlatel orbiitidel. Siiski jäi jõusse Bohri teine postulaat, hf = E2 – E1. Puudustele vaatamata oli Bohri teooria suureks sammuks edasi aatomi siseehituse mõistmisel ja selle ajaloolist tähtsust ei ole vähendanud hilisemad saavutused. Bohr tegi ka esimesi samme elementide perioodsusseaduse seletamiseks aatomite struktuuri kaudu. 1922 määras Rootsi Kuninglik Akadeemia Bohrile Nobeli füüsikapreemia teenete eest aatomi ehituse uurimisel. 1916. aastal sai N.Bohr 31-aastaselt Kopenhaageni ülikooli professoriks ning 1917. aastal valiti ta ka Taani Kuningliku Akadeemia liikmeks. Üldse oli ta valitud 20 riigi teaduste akadeemia liikmeks. 1921. aastal asutati Kopenhaagenis N.Bohri juhitav teoreetilise füüsika instituut, kus kujunes välja kuulus ja viljakas Kopenhaageni füüsika-koolkond. Bohri instituudis töötasid erinevatel aegadel sellised kuulsused nagu W.Heisenberg, W.Pauli, E.Schrödinger, L.Landau, L.Rosenfeld, O.Klein jt.

Tõhus on Bohri andam ka tuumafüüsikasse. Tema loodud on vahetuuma teooria, samuti kuulub ta tuuma tilgamudeli ja tuumade lõhustumise teooria autorite hulka.

Teise Maailmasõja päevil õnnestus Bohril koos perega pageda väikesel laeval natside anastatud Taanist Rootsi. Teda oli hoiatatud, et sakslased kavatsevad teda arreteerida ja küllap siis rakendada oma huvides. Rootsist toimetas Inglise valitsus Bohri koos ühega poegadest õhuteed Inglismaale, sealt aga edasi Ameerika Ühendriikidesse, Los Alamosse, kus range saladuskatte all oli teoksil aatomipommi loomine. Los Alamoses kandis Bohr pseudonüümi Niclas Baker. Tema õige nime kasutamine oli rangelt keelatud: kui lekkinuks teade, et Los Alamoses viibib aatomikorüfee Bohr, paljastunuks sõjasaladused sedamaid. Kirjeldatakse, kuidas ta vestlustes võõrsil pidevalt muretses sõja käigu, oma kodumaa ja kogu maailma saatuse pärast. Tema niigi vaikne hääl oli taandunud lausa sosinaks. Võõristav olnud näha teda kõndimas tänaval, enamasti poja seltsis, ülimalt endassesüüvinult ning kõigest võõrdunult. Ometi elustus ta kolleege külastades, suutis naljatadagi ning nende seltsis ette võtta pikki matku loodusse. Kord jäänud ta vestlema kohatud skunksiga, panemata miskiks sõprde hoiatusi haisulooma võimaliku "keemilise rünnaku" eest.

Mõistes, milliseks ohuks inimkonnale on tuumapomm, tegi ta juba enne selle valmimist 1944. aastal Suurbritannia peaministrile Churchillile ja USA presidendile Rooseveldile ettepaneku seada sisse rahvusvaheline kontroll tuumarelva üle. 1950 saatis ta rahuprogrammi sisaldava avaliku kirja ÜRO-le.

N.Bohr suri 18. novembril 1962. aastal, tähistanud mõni kuu enne seda kuldpulma Margaret Norlundiga. Neil oli viis poega. Üks poegadest, Åge, valis samuti erialaks füüsika (eeskätt tuumafüüsika) ning on Nobeli preemia laureaat nagu ta isagi.

Niels Bohri autoriteet teadlaste ja ühiskonnategelaste seas oli üldtunnustatud.

Bohrist kirjutatakse, et ta oli, oma vaiksele häälele vaatamata, hea vestluskaaslane ja oskas hästi oma mõtteid selgitada. Suurte auditooriumide ees aga jäänud tema esinemised tihti arusaamatuks ja häguseks. Oma väitlustes olnud ta tagasihoidlik, alustades sageli sõnadega: "Ma ei kavatse kritiseerida…" Vahel võis see lausa koomiliseni ulatuda, kui ta nt mõne sootuks kehva töö kohta sõnas: "Ma ei kavatse kritiseerida, kuid ma ei suuda mõista, kuidas inimene võib kirjutada sellist jama!" Kui üks laserite loojaid, A.Schawlow, püüdis talle ühel kohtumisel selgitada laseri põhimõtet, olnud Bohri esimene reaktsioon: "Aga seda ei saa ju olla, see on võimatu!" Alles mõne aja pärast taipas ta oma viga.

Tihe sõprus ja vastastikune austus sidus Bohri Einsteiniga. See ei takistanud neid aga maha pidamast tuliseid vaidlusi kvantfüüsika aluste üle. Einstein, kes ei suutnud kuidagi leppida kvantfüüsika tõenäosusliku tõlgendamisega, esitas järjest uusi mõttelisi katseid, mis justkui pidanuks Kopenhaageni koolkonna tõlgendused väärama. Bohr suutis aga neis kõigis leida nõrga koha. Einsteini vaimustas ja hämmastas Bohri "ainulaadne instinkt", ta ülistas Bohri saavutusi kui "mõttevalla kõrgeimat musikaalsust".

Pisut ironiseerides Bohri tohutu autoriteedi ja intuitsiooni üle, sõnas Murray Gell-Mann, 1976. aasta Nobeli füüsikalaureaat, oma laureaadiloengus: „Niels Bohr on teinud tervele füüsikute põlvkonnale pidevat ajuloputust, sisendades, et kvantmehaanika tõlgendamise probleem on lahendatud juba viiskümmend aastat tagasi.“

 

  • Kord naasid Bohr oma noore abikaasaga ja Kopenhaagenit külastav hollandi füüsik Hendrik Casimir hilisõhtul külaskäigult. Casimir oli kirglik alpinismifänn. Ta jutustas Bohridele õhinal kaljuronimise võludest, siis aga tahtis demonstreerida oma osavust sealsamas majaseinal, millest seltskond parasjagu möödus. Kui ta, haakudes seinakonarustesse, oli jõudnud juba teisest korrusest kõrgemale, ei pidanud Bohrgi vastu ja üritas kolleegile kõrgustesse järgida. Margarita Bohr seiras neid alt mõistetavas õuduses. Uljaspäid peatasid kohalejooksvate politseinike hüüded ja teravad herneviled. Ehitis osutus pangahooneks.
  • Göttingeni külastades kutsus Bohr noorukest Heisenbergi tööle enda juurde Kopenhaagenisse. Järgmisel päeval, Bohri auks antud lõunasöögi ajal astusid tema juurde kaks politseinikku ja, süüdistades aukülalist "alaealiste röövimises", kuulutasid ta arreteerituks. "Politseinikud" osutusid kostümeeritud kohalikeks tudengiteks.
  • Kord ei jäänud Bohril aega korralikult valmistuda üheks esinemiseks Göttingenis ja tema jutt ei tulnud just kõige parem välja. Bohr ei jäänud aga norutama ja lõpetas oma ettekande, lausudes muiates: "Olen siin ennegi kehvi ettekandeid kuulanud. Palun minu tänast ülesastumist võtta kui kättemaksu."
  • Bohr armastas lõõgastuda kinos käies. Seejuures vaatas ta ainult pööraseid kauboi-märuleid. Kui Bohr hakkas õhtuti kaebama väsimust ja hajameelsust ning sõnas, et "tuleb midagi ette võtta", oli ta noortel kaastöölistel kohe selge, et professorit võib elustada vaid seanss tagaajamisi ja tulistamisi. Kord kinost tulles, kui seltskond irvitas äsjanähtud (ja kulunud) situatsiooni üle, kus kangelane haarab viimasena revolvri, kuid suudab ikka tulistada esimesena, kuulutas Bohr järsku, et nii peabki tõepoolest olema. Tema arvates pidi rünnakut kavatsev kurikael hoolikalt sobivat hetke valima. Kuid see aeglustavat tema liigutusi. Seevastu positiivse kangelase reaktsioon on puhtreflektoorne, ja seepärast tegutseb ta väledamalt. Keegi ei tahtnud nõustuda, puhkes äge vaidlus. Et vaidlust "katseliselt" lahendada, osteti mänguasjapoest sedamaid paar mängurevolvreid. Järgnevas "duellide" seerias "kõmmutas" Bohr, esinedes positiivse kangelase osas, kõik oma noored oponendid "maha".

Tont seda teab, mis küll võlus Bohri nendes „kinošedöövrites“. Kord seletas ta ise: "Võin täiesti uskuda, et  kenake kangelanna võib põgenedes sattuda käänulisele ohtlikule mägirajale. On juba vähem tõenäone, kuid mitte võimatu, et sild üle kuristiku langeb kokku just sel hetkel, kui põgeneja sellele astub. On juba üpris uskumatu, et tal õnnestub viimsel hetkel haarata mingist väädist ja sügaviku kohal rippuma jääda. Olgu, juhtuda ju võib. Veelgi raskem on uskuda seda, et just sellal jõuab kohale uhke kauboi ja päästab õnnetu. Kuid seda, et just õigel hetkel on platsis operaator kaameraga, et kõiki neid erutavaid sündmusi lindile vändata – vaat seda ma ei suuda enam kuidagi uskuda!"

  • Kõrge eani armastas Bohr sporti. Los Alamose päevil sattunud ta kord pealt nägema nooremate suusarõõme lumisel mäenõlval. Ilmselt lausa vesise suuga jäänud ta vaatama. Seda märgates pakkus üks noorteadlane talle prooviks oma suuski. Bohr võttis need tänuga vastu, tõusis kiiresti mäkke ja kõikide imestuseks näitas kõrgeimat klassi sealt uhkete poognatega alla liueldes. Kuni pimeduseni nautis Bohr suusklemist, olles sootuks unustanud suuskade lahke loovutaja, kes pika näoga kügeldes tundide viisi all mäejalamil ootas.
  • Räägitakse, et Bohri kirjutuslaua kohale seinale oli kinnitatud hobuseraud. Kord küsis üks ta õpilastest, kas ta tõesti usub, et hoburaud toob õnne. Bohr vastanud: "Mina arvan, et ta toob õnne igal juhul, kas usud temasse või mitte."
  • Vanas eas leiutanud Bohr originaalse viisi loengul või seminaris teda kimbatusse ajavate küsimuste tõrjumiseks. Nimelt võtnud ta tikutopsi, tehes näo, nagu tahaks läita kustunud piipu. Tegelikult puistas ta topsi sisu justkui kogemata põrandale ja kummardus siis tikke ükshaaval üles korjama. Kui tikud kogutud, jätkanud Bohr häirimatult oma juttu, mil polnud küsimusega midagi pistmist.
  • Ühe eriti keeruka ja alul käsitamatu füüsikateooria (Diraci teooria, mis viis positroni avastamisele) kohta avaldanud Bohr arvamust, et seda võiks suurepäraselt kasutada elevantide püüdmiseks. Trüki teooria plakatile, võta plakat d┼żunglisse ja löö puutüvele üles. Kui nüüd elevant mööda juhtub minema, jääks ta esialgu vaatama, siis süüviks teooriasse nii ülepeakaela, et teda võiks vabalt kinni siduda ja toimetada Kopenhaageni loomaaeda enne kui ta mõtteisse süüvinult juhtunust arugi saaks. (Elevante peetakse eriti tarkadeks loomadeks.)

Bohri ütlemisi:

  • Kunagi ära väljendu selgemalt kui sa mõtled.
  • Kui asi puutub aatomitesse, saab keelt kasutada vaid samaviisi kui poeesias. Ka poeet ei muretse niivõrd faktide väljendamise kui kujundite loomise üle.
  • Oleme sel määral keele vangid, et iga katse kaemust sõnastada on üksnes sõnade mäng.
  • Mõned asjad on nii tõsised et ajavad naerma.
  • Ei maksa arvata, et füüsika ülesanne on välja uurida, kuidas asjad Looduses on. Füüsika tegeleb sellega, mida me Looduse kohta ütleme.
  • Ekspert on inimene, kes on teinud kõik võimalikud vead ühel väga kitsal alal. Võrdluseks Heisenbergi eksperdi määratlus: "Ekspert on inimene, kes teab, milliseid kõige hullemaid vigu võib tema alal teha ja suudab neid vältida." (Ein Fachmann ist ein Mann, der einige der gröbsten Fehler kennt, die man in dem

betreffendem Fach machen kann und der sie deshalb zu vermeiden versteht. Raamatust Der Teil und das Ganze, 1969)

  • Õige väite vastandiks on vale väide. Kuid sügava tõe vastandiks võib väga hästi olla teine sügav tõde.