Niels Bohr

Quando a teoria quântica foi formulada por Max Planck na virada do século 19 para o 20, Niels Bohr era um adolescente. Ao crescer, virou um dos mais influentes e importantes cientistas de todos os tempos, comparável a Einstein e outros gigantes. E ele entrou para o rol dos mais brilhantes físicos da história da ciência justamente ao solucionar o enigma da estrutura atômica a partir da aplicação da teoria quântica.

O feito de Bohr nas primeiras décadas do século 20 não só possibilitou um enorme progresso científico, como também causou grande perplexidade. Afinal ele trabalhou sobre descobertas teóricas absolutamente inverossímeis. Se até hoje ninguém sabe ao certo o que é a teoria quântica, imagine chegar a importantes conclusões científicas baseado nela há quase um século. Em reconhecimento ao brilhantismo do cientista, a Dinamarca construiu o Instituto de Física Teórica, em Copenhague, e lhe deu o cargo de diretor. Por lá, sob a tutela de Bohr, passaram vários dos melhores cientistas do século 20, como Werner Heisenberg.

Isto é teoria quântica
"Qualquer um que declare que a teoria quântica é clara, na realidade não a compreende."
Niels Bohr

"O quantum é essencialmente a ciência além do sentido. Não é possível ter qualquer imagem da realidade final."
Werner Heisenberg

Em 1922, Bohr foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física e, décadas depois, participou no desenvolvimento dos estudos que levariam à construção das armas nucleares, fato que o fez passar o resto de sua vida fazendo campanha contra elas. Saiba mais sobre a vida e as descobertas de Niels Bohr nas páginas seguintes.

Niels Bohr: do futebol à física quântica

O dinamarquês Niels Bohr cresceu numa atmosfera familiar progressista, liberal e intelectual. Seu pai era professor de fisiologia na Universidade de Copenhague e quase ganhou um Prêmio Nobel. Além disso, sua admiração pela Inglaterra o fez ser um dos pioneiros em levar o futebol para a Dinamarca. Bohr nasceu em 7 de outubro de 1885 e, quando era um adolescente, o físico alemão Max Planck formulou o que seriam os fundamentos da teoria quântica, que viria a ser desenvolvida nas décadas seguintes por Albert Einstein e o próprio Niels Bohr.

Mas antes de se tornar um dos mais importantes e influentes físicos do século 20, Bohr foi, assim como seu inseparável irmão mais moço, um talento no futebol dinamarquês, para orgulho do pai. Em 1903, enquanto o mundo era agitado pelas revoluções científicas que caracterizariam o século 20, Niels e seu irmão começaram a estudar na Universidade de Copenhague e a jogar pelo time de futebol da escola, o Akademisk Boldklub, que era um dos mais fortes do país na época. Bohr convivia também com importantes intelectuais que frequentavam a casa de seus pais, como o filósofo Soren Kierkegaard, fundador do existencialismo, e o crítico George Brandes, descobridor de Nietzsche.

Em seu último ano na universidade, Niels apresentou um trabalho experimental sobre as vibrações num jato de água, o que lhe valeu a Medalha de Ouro da Real Academia Dinamarquesa de Ciências e Letras, um feito extraordinário para um jovem de pouco mais de 20 anos de idade. Mas aquilo foi só um prenúncio do talento científico de Bohr. O melhor ainda estava por vir. Sua tese de doutorado intitulada “Um estudo da teoria dos elétrons dos metais” chegou a conclusões espantosas. Ele argumentou que o magnetismo revelava inadequações à teoria dos elétrons dos metais. Segundo Bohr, a teoria apesar de dar conta de quase todas as qualidades dos metais não era confiável ao tratar das quantidades envolvidas no comportamento metálico. A força do magnetismo de alguns metais, por exemplo, ao serem colocados num campo elétrico, não se conformava às leis da física clássica. Aquela descoberta era aterrorizante. Bohr propunha que as regras da física clássica não se aplicavam aos níveis subatômicos. Para se descrever o que acontecia dentro do átomo, seria necessário desenvolver uma nova física.

Para entender melhor o que havia descoberto, Bohr foi para Cambridge estudar com J.J. Thomson, o descobridor dos elétrons. Mas Thomson classificou suas ideias como lixo. No entanto, em um jantar anual do Laboratório de Cavendish, Bohr conheceu o neozelandês Ernest Rutherford, que com seu trabalho sobre radioatividade tinha provocado especulações revolucionárias sobre a natureza dos átomos e sua estrutura. Apesar de terem estilos opostos para a pesquisa científica, eles se encantaram um pelo outro. Rutherford convidou Bohr para se juntar à equipe de pesquisadores da Universidade de Manchester. Os experimentos de Rutherford em Manchester o levaram a sugerir um modelo de átomo. Segundo ele, o átomo era quase inteiramente vazio. No centro haveria um núcleo positivo e minúsculo, mas extremamente denso. Ele seria rodeado por vários elétrons negativos que giravam ao seu redor em órbitas fixas, atraídos por ele. A menor unidade do mundo funcionaria igual ao sistema solar. Apesar de inspirada, a concepção de Rutherford batia de frente com as da física clássica. Foi então que Bohr entrou em cena. Ele passou a buscar uma solução que apoiasse a estrutura atômica “impossível” de Rutherford.

Niels Bohr e o mundo quântico

Niels Bohr acreditava que o modelo de átomo que se assemelhava a umsistema solar pensado por Rutherford era uma solução boa demais para ser descartada, já que ela explicava uma série de questões até então inexplicáveis. Mas, para o modelo de Rutherford funcionar, era necessário negar as leis da física. Na verdade, isso já havia começado a acontecer na virada do século 19 para o 20 quando o físico alemão Max Planck deu um primeiro passo para além da física clássica. Ele havia observado que a luz, que é uma radiação eletromagnética, se comportava como ondas e como partículas. Planck chamou essas ondas-partículas de quanta. Os quanta eram ondas que se moviam sob a forma de partículas e partículas que consistiam em ondas. A teoria quântica de Planck atribuiu propriedades ondulatórias para partículas individuais. Para a física clássica aquilo era impossível.

Para defender o modelo do átomo como “sistema solar” de Rutherford, Bohr desenvolveu um esquema que obedecia várias das leis da física clássica e ao mesmo tempo contrariava outras. Mas, o mais incrível era que esse esquema concordava exatamente com a teoria quântica original da luz de Planck. Com isso, ele demonstrou que a teoria quântica era essencial ao entendimento dos fenômenos subatômicos. Antes de ir para Manchester desenvolver esse trabalho, Bohr havia conhecido Margarethe Norlund, em Copenhague. Após um período em Manchester, retornou para a Dinamarca e casou-se com ela.

Bohr foi nomeado professor na Universidade de Copenhague, mas continuou a se corresponder com sua antiga equipe na Inglaterra. No ano seguinte, Bohr enviou o resultado de suas pesquisas a Rutherford. Ela foi publicada no Philosophical Magazine e causou um alvoroço. Bohr mostrava que a teoria quântica dava conta de mostrar como os átomos se comportavam. Mas o seu esquema que se aplicava ao átomo de hidrogênio, que tem apenas um elétron, enfrentou dificuldades com estruturas atômicas mais complexas.

Bohr, então, dedicou-se a resolver esse problema. Em 1914, Rutherford lhe ofereceu a oportunidade de um cargo em Manchester e Bohr aceitou. Na sua nova estada na Inglaterra ele pode verificar os avanços extraordinários na física quântica. Apesar de não encontrar as respostas para algumas de suas dúvidas, aquela nova ciência explicava muitas outras coisas e não poderia ser descartada. No meio da Primeira Guerra Mundial, a Dinamarca ofereceu a Bohr um cargo de professor e a promessa de que ele teria recursos para a criação de um centro de pesquisas que ficaria sob o seu comando. Em 1921, o Instituto de Física Teórica foi inaugurado. Ambiciosos jovens cientistas da Europa inteira para lá começaram a se dirigir. O reconhecimento a Bohr e seu Instituto logo chegou. Por conta de suas investigações sobre a estrutura de átomos e suas radiações, o cientista foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física em 1922.

O Instituto de Bohr contou com a colaboração de vários pesquisadores brilhantes, como o suíço Wolfgang Pauli, o alemão Werner Heisenberg e o russo Lev Landau, entre outros. Lá a teoria quântica evoluiu em direção à mecânica quântica. O mundo subatômico segundo Bohr funcionava de forma bem complexa. Nele nem a lógica nem a causalidade predominavam. Na segunda metade da década de 20, Heisenberg formulou seu famosoprincípio da incerteza que definitivamente enterrava a física clássica. Ao mesmo tempo Bohr formulava seu princípio da complementaridade que em outras palavras dizia o mesmo que Heisenberg: no nível quântico, onde predomina a dualidade onda/partícula, nunca se podia saber exatamente o que estava por acontecer. Isto é, era possível medir com extrema precisão omomentum de uma partícula subatômica e também era possível verificar exatamente sua posição, mas nunca fazer as duas coisas ao mesmo tempo. A mecânica quântica trabalhava sobre a probabilidade, pois nesse nível o rigor era impossível.

Apesar das conquistas e reconhecimentos imediatos ao trabalho de Bohr e das pesquisas do Instituto de Física Teórica de Copenhague, a teoria quântica enfrentou décadas de descrédito e contestações. No final dos anos 30, Bohr conseguiu descrever o que efetivamente acontecia durante uma fissão nuclear. Ao saber que a Alemanha nazista tinha conhecimento para iniciar a fabricação da bomba atômica, Bohr, em visita aos Estados Unidos, informou isso a Einstein. O mais importante cientista vivo do mundo escreveu então ao presidente Roosevelt que iniciou o Projeto Manhattan.  Sob a liderança do físico americano Robert Oppenheimer e com a colaboração de Bohr, os Estados Unidos venceram a corrida nuclear e com o lançamento de duas bombas atômicas sobre o Japão em 1945 encerraram a Segunda Guerra Mundial. Bohr iniciou então uma cruzada pacifista para que houvesse uma partilha internacional de todo o conhecimento sobre a fissão nuclear. O que não deu certo. Em 1962, ele morreu.