Niels Bohr: estabilidad de la materia

1985/12/01 Ugalde, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

En este momento en el que voy escribiendo estas líneas me ha venido a la mente mi primer contacto con el modelo atómico de Neils Bohr.

La mayoría de los cursos de química general comienzan con el modelo atómico de Bohr, se dice que no emite energía cuando el electrón está en un orbital estacionario para explicar la estabilidad del átomo de hidrógeno. A continuación, reconociendo que ésta es la idea más genial de Bohr. Por supuesto, los alumnos pobres nos quedábamos sin detectar dónde está esa genicidad. Cuando con el paso de los años se profundiza más en la teoría de la estructura electrónica, los dedos de la influencia de Neils Bohr se ven en cualquier lugar.

Neils Henri nació en Copenhague el 7 de octubre de 1885, David Bohr, profesor de fisiología de Copenhague, donde estudió física. Obtuvo el doctorado en 1911 y el mismo año obtuvo una beca de la Carlsberg Foundation* para que fuera a trabajar con Rutherford a Cambridge. En 1916 regresa a la Universidad de Copenhague para enseñar física.

En el modelo atómico de Bohr se representan los electrones en unas órbitas estables; si el átomo fuera un pequeño sistema planetario, el núcleo sería el sol y los electrones los planetas. Neils Bohr llevó a cabo este modelo en 1913, y para esa época otros físicos lo consideraban un modelo muy heterodoxo. Algunos físicos de gran prestigio, como Otto Stern, prometieron abandonar la física si se comprobara aquel disparate. Cuando el modelo de Bohr representó las frecuencias de las líneas espectrales del hidrógeno, nadie abandonó la física, comenzaron a trabajar con más rabia.

La estabilidad de la materia era lo que Bohr quería resolver, es decir, mostrar una y otra vez el mismo aspecto de la materia. Es decir, que siempre se forman las mismas redes cristalinas, que siempre se producen las mismas reacciones químicas, y un largo etcétera. Quizá no nos hayamos dado cuenta de esta belleza de la materia durante mucho tiempo, si no hubiera sido por los resultados que dieron algunas experiencias importantes a principios de este siglo. Planck descubrió que la energía de un sistema atómico cambia de forma discontinua, se producen unas paradas de energía constante de los procesos radiantes de un sistema (que luego Bohr denominó estados estables).

Las experiencias posteriores de Rutherford tuvieron una gran importancia en el desarrollo posterior de esta problemática que Niels Bohr descubrió durante años en el laboratorio de Rutherford. Por debajo de este despliegue, Bohr lanzó una pregunta que no se podía dejar pendiente más tiempo: ¿Cuáles son las razones que las relacionan?. La teoría de Bohr quería encontrar ese vínculo.

El mismo Bohr sabía que este modelo atómico era muy común, que era sólo un croquis del átomo, no una representación exacta. Pero sabía lo difícil que sería convertirse en un modelo mejor. Este avance vino cuando De Broglie demostró que la descripción del electrón podía ser doble. Después Schrodinger extendió la mecánica ondulatoria.

En esta teoría el electrón no gira por el núcleo, se considera una onda estable que rodea el núcleo. Por lo tanto, el electrón no se acelera y por eso no tiene que emitir energía, como todo tipo de partículas cargadas. Ahora sí que se puede entender la genética de Bohr, él sabía dónde estaba la estabilidad de la materia, aunque no pudo explicarla bien. A los que se dedicaban demasiado a los argumentos matemáticos formales les decía: no; no, no estás pensando, sino lógico.

Con la evolución de estas nuevas ideas surgieron muchos problemas. Una de ellas es la que designó Bohr con el principio de complementariedad. Características de los sistemas atómicos, como la velocidad y la posición se unen por parejas. Los elementos de cada pareja pueden ser objeto de una perfecta oclusión individual pero no de ambas. Esto es el principio de la inseguridad. Werner Heisenberg pensaba que con Bohr se podía extender la iniciación a otras zonas en la universidad de Copenhhave. Así, para Bohr la realidad es un lienzo pintado a ambos lados y cuando miramos la belleza de un lado lo vemos todo al revés.

Bohr propuso que la misma relación entre la velocidad y la posición podía ser la existente entre la materia y la vida, el cuerpo y el alma, la justicia y la paciencia. Esta proposición fue muy bien acogida por parte de los biólogos contemporáneos, de modo que la interpretación de los sistemas vivos puede hacerse por una parte en función de las leyes químicas y físicas que gobiernan los componentes celulares, y por otra en función de las leyes de la vida, que gobiernan toda la célula y el organismo. Por tanto, la investigación física o química de la vida de ciertos elementos no sería posible.

Cabe destacar también la aportación de Bohr a la teoría del núcleo atómico. Niels Bohr buscó durante sus años en Estados Unidos una teoría para explicar el mecanismo de la fisión atómica. Comparó el núcleo con la compuerta de gotas líquidas y así pudo explicar muchas particularidades de la fisión nuclear. Además, Bohr predijo que un isótopo del uranio, 235 U (descubierto dos años antes por Dempster) se fisiaba.

Niels Bohr defendió profundamente la teoría cuántica. Bajo su dirección, convirtió muchos aspectos de esta nueva teoría. Einstein respondió reiteradamente a los argumentos expuestos en contra de la integridad de la teoría cuántica, y a pesar de que este debate está abierto en la actualidad (véase I. Belifante, Int. J. Quantum Chem. 17, 1 (1980), J. L. Sanchez-Gómez, J.M. Sanchez-Ron, An. Fis. 79 , 85 (1983) puede ser el testigo perfecto de la gran obra de Bohr.

Bohr, con sus dos colegas los premios Nobel Werner Heisenberg y Wolfgang Pauli.

Niels Bohr estaba en Dinamarca cuando los ejércitos de Hitler entraron en 1940. Y tres años después se vio obligado a huir porque no quería cooperar con el ejército alemán. Huyó a Inglaterra y de allí a Estados Unidos para trabajar en el proyecto de bomba atómica de Los Alamos. Disuelve en un ácido la medalla de oro Nobel que recibió en 1922 antes de ser entregada a Dinamarca para rescatar la medalla que precipitó oro cuando volvió a Dinamarca.

Éste fue el símbolo del anzuelo de una enfermedad, pero pronto se dio cuenta de que estaba ante otro mal, quizás peor: la guerra atómica. Bohr apostó por los usos no militares de la energía atómica y en 1955 organizó la primera conferencia titulada Ginebran los átomos de la paz. Niels Bohr murió en Copenhague el 18 de noviembre de 1962.