Niels Bohr – Η Κβαντική Μηχανική κι η Φιλοσοφία της

Σαν σήμερα, 7 Οκτωβρίου 1885, γεννήθηκε ο σπουδαίος Δανός φυσικός Νιλς Μπορ. με θεμελιώδη συμβολή στην ανακάλυψη και ερμηνεία των κβαντικών νόμων που κυβερνούν τον ατομικό μικρόκοσμο. 

Ο Μπορ είναι ο πρώτος που είδε το πρόβλημα της ατομικής σταθερότητας ως το κεντρικό μυστήριο του μικρόκοσμου και συνειδητοποίησε ότι η μόνη παραδοχή που θα μπορούσε να το εξηγήσει ήταν η παραδοχή της κβάντωσης. 

Ότι δηλαδή τα ατομικά ηλεκτρόνια μπορούν να υπάρχουν μόνο σ’ ένα διακριτό σύνολο ενεργειακών καταστάσεων και ότι η μετάβαση από τη μία στην άλλη είναι δυνατή μόνο με κβαντικά άλματα.

Οι βαθμιαίες αλλαγές στην κατάσταση των ατόμων είναι επομένως αδύνατες, και η αλλαγή τους υπό την επίδραση των αμοιβαίων κρούσεων είναι δυνατή μόνο υπό τον όρο ότι η προσφερόμενη «κρουστική ενέργεια» είναι μεγαλύτερη από την ενεργειακή διαφορά που χωρίζει τη βασική κατάσταση του ατόμου από την αμέσως επόμενη. 

Το οποίο όμως δεν συμβαίνει -οι θερμικές ενέργειες σε θερμοκρασία δωματίου είναι κατά δύο τάξεις μεγέθους μικρότερες από τις ενεργειακές διαφορές μεταξύ ατομικών καταστάσεων- οπότε τα άτομα συμπεριφέρονται υπό την επίδραση των θερμικών τους κρούσεων ως συμπαγείς και αδιαίρετοι κόκκοι ύλης. 

Ενώ είναι τελείως κούφια!

Η κατανόηση της κβάντωσης ως του θεμελιώδους μηχανισμού για την εξήγηση του μυστηρίου της ατομικής σταθερότητας αποτελεί την κατ’ εξοχήν συμβολή του Μπορ στην ατομική φυσική και επίσης ακρογωνιαίο λίθο όλου του κβαντικού οικοδομήματος. Ειδικότερα, για το άτομο του υδρογόνου ο Μπορ κατάφερε, το 1913, να συναγάγει όλα τα παρατηρήσιμα χαρακτηριστικά του -μέγεθος, έργο ιοντισμού, φασματικές γραμμές- με την απλούστατη παραδοχή ότι:

«επιτρέπονται μόνο εκείνες οι (κυκλικές) τροχιές για τις οποίες η στροφορμή του ηλεκτρονίου είναι ακέραιο πολλαπλάσιο της σταθεράς του Πλανκ».

Και παρότι αυτή η θεωρία αποδείχτηκε μη εφαρμόσιμη στα βαρύτερα άτομα, εν τούτοις λειτούργησε ως το ιδανικό εφαλτήριο που επέτρεψε στις κβαντικές ιδέες να εδραιωθούν αρχικά και να «εκτοξευθούν» αργότερα στο υψηλότερο επίπεδο μιας πλήρους θεωρίας με βάση την εξίσωση του Σρέντινγκερ. Για τη δουλειά του στο άτομο του υδρογόνου, ο Μπορ τιμήθηκε το 1922 με το βραβείο Νομπέλ φυσικής.

Όμως ο Μπορ υπήρξε επίσης η καθοριστική μορφή στη διαμόρφωση της σύγχρονης κβαντομηχανικής και κυρίως της φυσικής της ερμηνείας, γνωστής σήμερα ως η σχολή της Κοπεγχάγης. Το ινστιτούτο που ίδρυσε προς τιμήν του η δανική κυβέρνηση στην Κοπεγχάγη -με χρηματοδότηση από την εταιρεία Carlsberg- λειτούργησε ως το στρατηγείο της κβαντικής επανάστασης με αδιαφιλονίκητο «στρατηγό» τον ίδιο τον Μπορ. ...

Όλοι οι πρωταγωνιστές αυτής της «ηρωικής εποχής» -ο Χάιζενμπεργκ, ο Σρέντινγκερ, ο Πάουλι, ο Ντιράκ και πολλοί άλλοι- περνούσαν τακτικά από την Κοπεγχάγη για συζητήσεις με τον Μπορ πάνω στα θεμελιώδη ζητήματα που έφερε στην επιφάνεια η πιθανοκρατική ερμηνεία των υλικών κυμάτων και η συναφής με αυτήν αρχή της απροσδιοριστίας. Σε αντίθεση με τον Αϊνστάιν που πολέμησε με πάθος την πιθανοκρατική ερμηνεία -είναι πασίγνωστη η φράση του «ο Θεός δεν παίζει ζάρια με τον κόσμο»- ο Μπορ υπήρξε ο κατ’ εξοχήν εκφραστής και υπερασπιστής της. Σύμφωνα με τον Μπορ, ο πιθανοκρατικός χαρακτήρας των κβαντικών νόμων δεν είναι προϊόν ατελούς γνώσης, όπως ισχυριζόταν ο Αϊνστάιν, αλλά ένα θεμελιώδες, και μη περαιτέρω εξηγήσιμο, χαρακτηριστικό της φύσης στο μικροσκοπικό επίπεδο.

Η επιστημονική διαμάχη ανάμεσα στους δύο άνδρες έφτασε στην κορύφωσή της το 1927 στο περίφημο συνέδριο του Σολβαί στις βρυξέλλες που θεωρείται το σημαντικότερο επιστημονικό συνέδριο στην ιστορία. Σ’ όλη τη διάρκεια του συνεδρίου ο Αϊνστάιν δεν σταμάτησε να επινοεί ιδιοφυή νοητικά πειράματα, που απαιτούσαν επίσης όλη την ιδιοφυΐα του Μπορ προκειμένου να αποδειχτεί ότι δεν αναδείκνυαν αντιφάσεις της κβαντικής μηχανικής -αυτή ήταν η πρόθεση του δημιουργού τους- αλλά ατελή εφαρμογή της. Έτσι, το συνέδριο του Σολβαί έληξε με πλήρη επικράτηση του Μπορ και της σχολής της Κοπεγχάγης ώστε δικαίως να θεωρείται σήμερα ως το ιδρυτικό συνέδριο της νέας μηχανικής.

Ο Μπορ γεννήθηκε στην Κοπεγχάγη, επίσης από ακαδημαϊκή οικογένεια όπως ο Πλανκ, ο Κόμπτον, ο Χάιζενμπεργκ και πολλοί άλλοι. Ο πατέρας του, Κρίστιαν Μπορ, ήταν καθηγητής φυσιολογίας -γνωστός για ένα φαινόμενο που φέρει το όνομά του- ενώ η παράδοση συνεχίστηκε από τον γιο του, Άαγκε Μπορ, που όχι μόνο έγινε κι αυτός φυσικός αλλά πήρε επίσης το βραβείο Νόμπελ το 1975 για τη δουλειά του στην πυρηνική φυσική. Ώστε μαζί με τον πατέρα του να αποτελούν το δεύτερο τέτοιο παράδειγμα στην ιστορία του βραβείου.

Εξέχουσα ακαδημαϊκή καριέρα είχε επίσης ο αδελφός τού Μπορ, ο Χάραλντ Μπορ -γνωστός για τη δουλειά του στις αποκαλούμενες σχεδόν περιοδικές συναρτήσεις-, που ήταν όμως εξίσου γνωστός και ως βασικός παίκτης της εθνικής ποδοσφαιρικής ομάδας της Δανίας την οποία οδήγησε -επιτυγχάνοντας δύο γκολ- μέχρι το αργυρό μετάλλιο στους Ολυμπιακούς Αγώνες του 1908. Ποδοσφαιρικό ταλέντο ήταν και ο ίδιος ο Νιλς -στη θέση του τερματοφύλακα- έτσι ώστε ένα άλλο… οικογενειακό ρεκόρ να είναι ότι τα δύο αδέλφια έπαιξαν μαζί για μία σεζόν του εθνικού πρωταθλήματος της χώρας! Στα οικογενειακά ρεκόρ συγκαταλέγεται επίσης η συμμετοχή του Χάραλντ στον αγώνα Δανίας-Γαλλίας που έληξε με σκορ 17-1! Το μεγαλύτερο όλων των εποχών!

Οι επιδόσεις του Νιλς Μπορ στην τεχνική ορειβασία ήταν επίσης αξιοθαύμαστες. Έκπληκτος ένας αστυνομικός της Κοπεγχάγης σε νυχτερινή περιπολία του είδε ξαφνικά τον διάσημο καθηγητή Μπορ σκαρφαλωμένο στον τοίχο ενός τραπεζικού καταστήματος να εξηγεί στην υπόλοιπη παρέα των φυσικών του ινστιτούτου πόσο εύκολο είναι να ληστέψει κανείς μία… τράπεζα!

Πασίγνωστη στους επισκέπτες του ινστιτούτου ήταν ακόμα η χαλαρή και εγκάρδια ατμόσφαιρα που δημιουργούσε ο οικοδεσπότης τους, το μοναδικό χιούμορ του και η αγάπη του για τα γουέστερν. Σχολιάζοντας τα απίθανα περιστατικά που συνήθως συμβαίνουν στις σχετικές ταινίες φέρεται να έχει πει κάποτε στους φίλους του:

«Δεν είναι πολύ πιθανόν να συμβεί κάτι τέτοιο, λέει, αλλά δεν είναι και τελείως αδύνατον να δεις ξαφνικά μια όμορφη κοπέλα πάνω στο άλογό της στο πιο απόκρημνο μονοπάτι ενός βουνού στη μέση της ερήμου. Δεν είναι πιθανόν αλλά γίνεται. Πολύ απίθανο είναι επίσης, επειδή παραπάτησε κάποια στιγμή το άλογό της, και βλέπεις την κοπέλα να πέφτει στον γκρεμό, να πιαστούν τα μαλλιά της σ’ ένα δέντρο και να μείνει εκεί κρεμασμένη μέχρις ότου -λίγα δευτερόλεπτα αργότερα (!)- να εμφανιστεί ο καουμπόι της ιστορίας μας, να ρίξει το λάσο του και να σώσει την κοπέλα από βέβαιο θάνατο! Πολύ απίθανα όλα αυτά, συνεχίζει ο Μπορ, αλλά, τέλος πάντων, δεν έχουν μηδενική πιθανότητα να συμβούν! Αυτό όμως που δεν μπορώ με τίποτα να χωνέψω είναι ότι την ίδια αυτή στιγμή συμβαίνει να περνά απ’ εκεί ένας τύπος με την κάμερά του και να τραβάει τη σκηνή!»

 

Η σχέση του Μπορ με τον Χάιζενμπεργκ -σχέση πνευματικού πατέρα, φίλου και συνεργάτη σε μια μοναδική επιστημονική περιπέτεια- είναι μια από τις πιο ενδιαφέρουσες και δραματικές συνάμα σχέσεις στην ιστορία της επιστήμης. Ο Χάιζενμπεργκ βρισκόταν στην Κοπεγχάγη όταν συνέλαβε την αρχή της αβεβαιότητας, ενώ το ίδιο διάστημα ο Μπορ επεξεργαζόταν μια δική του εκδοχή του ασυμβίβαστου των εννοιών σωματίδιο και κύμα, γνωστή ως αρχή της συμπληρωματικότητας. Ήταν όμως ήδη φανερό από τότε ότι οι επιστημονικές προσωπικότητες των δύο ανδρών είχαν αρχίσει να αποκλίνουν. Ο Μπορ είχε επιλέξει μια πιο χαλαρή-φιλοσοφική θεώρηση της κβαντικής μηχανικής, ενώ ο Χάιζενμπεργκ μια «σκληρή» θετικιστική προσέγγιση σε στενή επαφή με τα μετρήσιμα γεγονότα.

Αυτό δεν θα επηρεάσει όμως σημαντικά τη σχέση των δύο ανδρών, που θα διατηρηθεί σε υψηλό επίπεδο μέχρι τον δεύτερο παγκόσμιο πόλεμο όταν οι δύο θα βρεθούν, ερήμην τους, σε αντίπαλα στρατόπεδα. Ο Χάιζενμπεργκ θα είναι ο επικεφαλής του γερμανικού προγράμματος για τη «βόμβα», ενώ ο Μπορ θα δραπετεύσει το 1943 από την κατεχόμενη Δανία για να πάρει μέρος στο αντίστοιχο αμερικανικό πρόγραμμα, το γνωστό σχέδιο Μανχάταν.

Τον Σεπτέμβριο του 1941 συμβαίνει όμως ένα από τα πιο «σκοτεινά» περιστατικά στην ιστορία της σχέσης των δύο ανδρών. Ο Χάιζενμπεργκ επισκέπτεται μυστικά την κοπεγχάγη και συναντάται με τον Μπορ σε μια προσπάθεια -αυτή είναι η εκδοχή του Χάιζενμπεργκ- να έλθει σε κάποια συνεννόηση μαζί του ώστε να αποτρέψουν από κοινού την ανάπτυξη αυτού του καταστροφικού υπερόπλου και από τις δύο πλευρές.

Ο Μπορ δεν μίλησε ποτέ γι’ αυτή τη συνάντηση αλλά, απ’ ό,τι εικάζεται, η έκβασή της ήταν μάλλον οδυνηρή και για τους δύο. Ο Χάιζενμπεργκ συνέχισε να είναι επικεφαλής του γερμανικού προγράμματος -προσπαθώντας να το στρέψει περισσότερο προς την παραγωγή ενέργειας παρά προς τη βόμβα (έτσι ισχυρίζεται ο ίδιος)- ενώ ο Μπορ θα βρεθεί τελικά στις Ηνωμένες Πολιτείες, ως σύμβουλος του αντίστοιχου αμερικανικού προγράμματος το οποίο όμως είχε ήδη περάσει στα χέρια μιας πολύ νεότερης γενιάς με λιγότερες ηθικές αναστολές απ’ ό,τι η προηγούμενη. Απ’ ό,τι έγινε αργότερα γνωστό, ο Μπορ -όπως και ο Αϊνστάιν- προσπάθησε να μεταπείσει τους Ρούσβελτ και Τσώρτσιλ για την κατασκευή της βόμβας -πρότεινε μάλιστα μια κοινή διαχείριση του προγράμματος με τους Ρώσους- με μοναδικό όμως αποτέλεσμα να θεωρηθεί ως «κίνδυνος ασφαλείας» από τον Τσώρτσιλ, όπως ο τελευταίος ανέφερε σε απόρρητη επιστολή του.

Η σχέση του Μπορ με τον Χάιζενμπεργκ -με επίκεντρο τη μυστηριώδη εκείνη συνάντησή τους στην Κοπεγχάγη το 1941-ήταν το θέμα μιας πολύ ενδιαφέρουσας θεατρικής παράστασης, με τίτλο Κοπεγχάγη, που ανέβηκε πριν λίγα χρόνια στις περισσότερες ευρωπαϊκές πρωτεύουσες, μεταξύ αυτών και στην Αθήνα.

Το όνομα του Μπορ έχει δοθεί στο υπ’ αριθμόν 107 στοιχείο του περιοδικού πίνακα, καθώς και σε έναν αστεροειδή του ηλιακού μας συστήματος. Τον Νοέμβριο του 2013 έκλεισαν 100 χρόνια από τη δημοσίευση της εργασίας του Μπορ για το άτομο του υδρογόνου. Και τα όσα ακολούθησαν -σίγουρα η μεγαλύτερη χιονοστιβάδα επιστημονικών ανακαλύψεων στην ανθρώπινη ιστορία- αποτελούν την ύψιστη τιμή για τον Νιλς Μπορ και το έργο του.

***

Στέφανος Λ. Τραχανάς – Μεγάλη επιστήμη ενδιαφέρουσες ζωές – Οι πρωταγωνιστές της κβαντικής επανάστασης . Πανεπιστημιακές εκδόσεις Κρήτης
Αντικλείδι , https://antikleidi.com

=====================
 "O σιωπών δοκεί συναινείν"