Niels Bohr und sein Atommodell Quelle : FamousScientists.org
Nur wenige Wissenschaftler haben die moderne Welt so stark beeinflusst wie Niels Bohr . Das Ergebnis von Bohrs Arbeiten zur Struktur des Atoms führte zu allem, vom Atomzeitalter über Laserstrahlen bis hin zum Quantencomputing, und sein Name wird von seinen Kritikern und denen überschattet, die seine Arbeit aufgebaut haben, um sich Namen zu machen.
Also zu Ehren der 56 th Jahrestag seines Todes, wir möchten unsere Schuld ihm gegenüber anerkennen, indem wir uns mit seiner Pionierarbeit über Quantenmechanik und Komplementarität befassen, seinem einzigartigen Beitrag zur Philosophie der Physik.
Vater der Quantenmechanik
Bohrs Einblick in das vorherrschende Modell des Atoms würde die Grundlage für einen Großteil der technologischen Fortschritte der 20er Jahre bilden. th Jahrhundert. Er demonstriert dass sich um jeden Atomkern mehrere Ebenen konzentrischer Schalen befanden, die mit Elektronen gefüllt waren, und zeigten, dass die Änderung des Zustands eines Atoms darauf zurückzuführen war, dass sich Elektronen zwischen den Schalen bewegten, während sie Energie absorbierten oder ausstrahlten.
Diese Manipulation des Verhaltens ist die Grundlage für alles, von Laserstrahlen bis zur Kernspaltung. Diese Arbeit an sich war beeindruckend, aber was dieser Entdeckung folgte, machte Bohr zu einer so kontroversen Figur.
Daraus sollte folgen, dass Elektronen, die einen Kern umkreisen, als physikalische Objekte im Raum denselben Gesetzen unterliegen sollten, die auch die Planeten regieren, die die Sonne umkreisen. Genau das hat Bohr nicht gesehen.
Was er und seine beeindruckende Liste von Schützlingen - junge Männer wie Werner Heisenberg, Enrico Fermi und Pascual Jordan - sahen, war die vollständige Umkehrung des klassischen Modells der Physik, das seit Newton existiert hatte: Elektronen, die an mehreren Orten gleichzeitig existieren konntenSie könnten in einer Minute ein Teilchen sein und in der nächsten wie eine Welle wirken, und dass sich ein Teilchen, bis es beobachtet oder gemessen wird, gleichzeitig in einer beliebigen Anzahl von sich gegenseitig ausschließenden Zuständen befinden könnte. Innerhalb eines Jahrzehnts nach seiner Entdeckung der Struktur des Atoms, Bohr und seine Anhänger hatten eine ganz neue Form der Physik entdeckt: die Quantenmechanik.
Das klassische Modell in Frage stellen
Als Bohr 1913 seine Ergebnisse zum ersten Mal veröffentlichte, Albert Einstein genannt „Musikalität im Bereich des Denkens“. Später sagte er auch: „Wenn all dies wahr ist, bedeutet dies das Ende der Physik.“ Bohr selbst sagte dass "jeder, der nicht von der Quantentheorie schockiert ist, es nicht versteht."
Einstein war in seinen Vorbehalten nicht allein. Bohrs Schützlinge und andere Physiker, die nach Bohrs Modell arbeiteten, schlugen wirklich radikale Ideen vor. Heisenberg zeigte weiter, dass man die Position eines Teilchens nicht beobachten und gleichzeitig seinen Impuls beobachten konnte.Er würde auch eine umfangreiche „Matrixmechanik“ einführen, mit der die Eigenschaften von Partikeln berechnet werden könnten.
Erwin Schrödinger schlug eine andere Theorie vor, wonach ein Elektron kein Teilchen sei, sondern eine Wellenfunktion, die sich im Raum ausbreitete. Zum Unglauben vieler zu dieser Zeit wurde gezeigt, dass sowohl Schrödinger als auch Heisenberg korrekt waren und dass ihre Methoden korrekt warenaustauschbar; und im weiteren Sinne, dass ein Elektron gleichzeitig Teilchen und Welle war.
Komplementarität: Eine neue Philosophie der Physik
Einer von Bohrs kontroversesten und nachhaltigeren Beiträgen zur Debatte war seine Einführung des Konzepts von Komplementarität . Bohr stellte fest, dass sich ein Elektron, wenn Sie es mit einem Gerät messen würden, vorhersehbar wie ein Teilchen verhalten würde. Führen Sie die gleiche Messung mit einem anderen Gerät durch und plötzlich verhält es sich wie eine Welle.
Solche Ergebnisse hätten die meisten Physiker verrückt gemacht, nach einem Weg zu suchen, um diesen Widerspruch in Einklang zu bringen, aber Bohr schlug vor, es sei sinnlos, es zu versuchen. Bohr sagte, dass unser Verständnis von Licht und anderen Quantenphänomenen durch die Messung als Teilchen oder Welle gefördert wurde, aber da man nicht beides gleichzeitig tun kann, muss der Beobachter entscheiden, wie er es beobachten soll, und akzeptieren, dass dies die Möglichkeit ausschließt, es anders zu beobachten.
Radikaler erklärte er, dass es kein zu lösendes Paradoxon gibt, da es in der Physik nicht um die zu untersuchende Sache gehen sollte, sondern um die Ergebnisse von Experimenten und Beobachtungen. Auf diese Weise stellte die Komplementarität einen Großteil der Philosophie der Physik in Frage, diehielt an der Idee fest, dass erkennbare Gesetze das Universum und alles in ihm regierten und dass alles im Universum durch eine einheitliche Reihe von Eigenschaften definiert werden könnte.
Indem er sagte, dass eine einzelne Sache mehr als eine sich gegenseitig ausschließende Definition gleicher Gültigkeit haben könnte und dass wir beide Definitionen benötigen, um die fragliche Sache wirklich zu verstehen, löste er eine metaphysische Kontroverse in der Physik aus, die bis heute gekämpft wird.
Reaktion auf Bohrs Ideen
Während er Bohrs Arbeit anfangs begrüßte und billigte, wurde Einstein zu Bohrs berühmtesten Kritikern, obwohl sie persönlich nahe standen. Einstein war mit der deterministischen Sichtweise der Physik verheiratet, also der Auferlegung von Zufälligkeit und Unsicherheit in die Grundlageder Physik beunruhigte ihn. bemerkte er dass "Gott nicht mit dem Universum würfelt."
Kein anderer als Schrödinger selbst fügte der Kritik hinzu, als er sein berühmtestes Gedankenexperiment einer Katze in einer Kiste vorschlug, in der der radioaktive Zerfall eines Atoms im Inneren die Freisetzung von Cyanid auslöst. Laut der Quantenmechanik, der er selbst hilftbauen, bis Sie die Schachtel geöffnet haben, um zu sehen, ob das Atom zerfallen ist, existiert das Atom sowohl in zerfallenen als auch in nicht zerfallenen Zuständen. Wenn dies wahr wäre, wäre Schrödingers Katze gleichzeitig lebendig und tot.
Ursprünglich als Beweis dafür gedacht, wie die neuen Theorien von den Schienen geraten, bestätigte Schrödinger versehentlich die verrückte Natur der Quantenmechanik, da die Überlagerung von Teilchen seit langem eine feststehende Tatsache ist. Das radioaktive Atom in Schrödingers Kiste ist tatsächlich zerfallen underst wenn es beobachtet wird; seine Katze ist tot und lebendig, bis ein Beobachter die Schachtel öffnet.
Der Versuch, dieses und andere Probleme der Quantenmechanik zu entwirren, hat sogar zu neuen Realitätsmodellen geführt, wie zum Beispiel der Theorie der Multiversum Darüber hinaus ist das Konzept der Komplementarität nicht nur auf dem Gebiet der Physik, sondern auch unter Philosophen, von denen einige intensiv diskutiert werden. beschuldigen Bohr eines "einfältigen positivis [m] . "
Andere schreiben Bohr achtlos Ideen zu, die er nie ausgedrückt hat. Insbesondere behaupten einige Kritiker der Komplementarität, dass dies bedeutet, dass die bloße Beobachtung eines Teilchens sein Verhalten in den einen oder anderen sich gegenseitig ausschließenden Zustand ändert.
Bohr hat jedoch nie eine solche Behauptung aufgestellt und nur argumentiert, dass bei der Beobachtung eines Partikels mit einem bestimmten Instrument das Partikel vorhersehbar als Welle oder Partikel auf dieses Instrument reagiert und dies jedes Mal tutDas Instrument führt zu einem anderen Ergebnis, und die Wahl des Instruments durch den Beobachter bestimmt, welches Verhalten er beobachten wird.
Bohrs bleibendes Erbe
Im letzten Jahrhundert warteten Bohrs Kritiker auf eine endgültige Ablehnung von Bohrs Werk, die nie kam. Stattdessen wurde Einsteins Relativitätstheorie von späteren Physikern wie dem verstorbenen Steven Hawking wiederholt bestätigt und darauf aufgebaut.
In der Zwischenzeit stützen Bohrs Entdeckungen einige der fortschrittlichsten Technologien, die derzeit entwickelt werden. Quantencomputer, die vollständig auf den Prinzipien der Quantenverschränkung beruhen, die Einstein zur Ablenkung trieben, versprechen eine unergründliche Steigerung der Rechenleistung gegenüber klassischen Computern und wurden bereits von entwickeltUnternehmen wie Google und in Universitätslabors auf der ganzen Welt.
Schließlich war es Bohr selbst, der vorschlug, dass die Komplementarität dieser verschiedenen Regelwerke es uns ermöglicht, die Welt, in der wir leben, besser zu verstehen. Dafür und für vieles mehr werden wir uns für immer an sein Genie erinnern.