Malé jádro, okolo kterého krouží po pevných drahách elektrony. Tak vypadá patrně vůbec nejznámější model atomu. Před 110 lety jej navrhl dánský fyzik Niels Bohr.
Niels Henrik David Bohr se narodil 7. října 1885 v Kodani jako prvorozený syn Christiana Bohra, který byl profesorem fyziologie na kodaňské univerzitě. Matka Ellen Bohrová, rozená Adlerová, pocházela z bohaté židovské rodiny bankéřů, která měla v Dánsku velký politický vliv. Rodiče vedli Nielse už od mala k zájmu o vědu a dopřáli mu to nejlepší vzdělání, stejně jako jeho dvěma sourozencům, starší sestře Jenny a mladšímu bratru Haraldovi. Zároveň však kladli důraz i na sportovní vyžití svých dětí. Oba synové hráli fotbal, přičemž mladší Harald se dokonce stal profesionálním sportovcem a jako člen dánského fotbalového týmu získal v roce 1908 stříbrnou medaili na olympiádě v Londýně. U sportu ovšem nezůstal a později se stal uznávaným matematikem.
Niels Bohr se původně rozhodl pro studium filozofie a matematiky. V roce 1905 se ale zúčastnil fyzikální soutěže Dánské královské akademie věd, která ho přiměla své rozhodnutí přehodnotit. Za použití aparatury z otcovy laboratoře experimentoval s povrchovým napětím kapalin a o svých zjištěních napsal esej, za kterou získal hlavní cenu. Povzbuzen tímto počátečním úspěchem se zapsal ke studiu fyziky na kodaňské univerzitě a v roce 1911 zde, na základě disertační práce o teorii elektronové struktury a jejího vysvětlení vlastností kovů, získal doktorát.
První postdoktorandská pozice zavedla Nielse Bohra na univerzitu v Cambridge k samotnému J. J. Thomsonovi. Legendární Thomson se v roce 1897 zasloužil o objev elektronu a byl autorem tzv. pudinkového modelu atomu. Tento model vznikl v době, kdy ještě nebylo objeveno kladně nabité atomové jádro, aby tedy kompenzoval záporný náboj elektronů, představoval si Thomson, že v neutrálním atomu obklopuje elektrony spojitá kladně nabitá hmota. Tuto hmotu připodobnil k anglickému pudinku a elektrony v ní ke švestkám.
Ve stejném roce, kdy Bohr a Thomson začali spolupracovat, publikoval Ernest Rutheford objev atomového jádra, čímž definitivně vyvrátil Thomsonovu představu atomu jako pudinku. Rutheford představil svůj vlastní model atomu, který je dnes známý také jako planetární model. V Ruthefordově schématu se ve středu atomu nachází malé husté kladně nabité jádro, kolem kterého obíhá záporně nabitý oblak elektronů, podobně jako obíhají planety kolem Slunce. Ruthefordův model byl prvním krokem k popsání skutečné struktury atomu, ale bohužel měl jeden zásadní problém. Pokud by byl model pravdivý, dráhy oběhů elektronů by se spirálovitě stáčely dovnitř a hroutily do jádra, čímž by se všechny atomy staly ze své podstaty nestabilní.
Niels Bohr se s Ruthefordem setkal rok po jeho přelomovém objevu atomového jádra a jejich setkání vyústilo ve čtyřletou spolupráci. Bohr se z Cambridge přestěhoval do Manchesteru, aby v Rutherfordově laboratoři pracoval na novém modelu atomové struktury. Jeho cílem bylo odstranit Rutherfordův nedostatek ve fyzikálním popisu, tedy odstranit představu o nestabilních atomech. Bohr ve svém modelu využil poznatků kvantové teorie, která byla v té době novým fyzikálním konceptem vznikajícím na základě revoluční práce Maxe Plancka. Planck přišel s myšlenkou, že se veškerá energie šíří v disktrétních jednotkách, tzv. kvantech. V roce 1913 tak Bohr představil model atomu, ve kterém se elektrony pohybovaly kolem atomového jádra po kruhových oběžných drahách, ale tyto dráhy měly nastavené diskrétní energie a elektrony mohly získávat nebo ztrácet energii pouze přesunem z jedné dráhy na druhou a podle potřeby absorbovat nebo emitovat kvanta záření.
Dnes už víme, že ani Bohrův model atomu není zcela správný. Vysvětluje sice pozorované čárové spektrum atomu vodíku, ale selhává při popisu spekter větších atomů. Nejvýznamnějším problémem Bohrova modelu je ovšem definice elektronů jako kuliček s určitým poloměrem a známou oběžnou periodou. Elektrony totiž podléhají kvantovému principu neurčitosti a oběžná perioda a poloměr jsou dva jejich parametry, které nelze určit současně. Od Bohrova modelu atomu už ale zbýval jenom malý krůček k dnes všeobecně uznávanému kvantovému modelu atomu, a tak v roce 1922 získal Bohr zaslouženě Nobelovu cenu za fyziku „za výzkum struktury atomů a jimi vydávaného záření“. V té době mu bylo 37 let a měl před sebou ještě mnoho významných fyzikálních objevů.
Bohrův život byl poznamenán mnoha osobními a profesními triumfy, ale také občasnými tragédiemi. Ve výčtu jeho největších objevů nesmíme opomenout kapkový model jádra nebo to, že právě Bohrovi se podařilo jako prvnímu identifikovat izotop uranu vhodný pro štěpení pomalými neutrony, čímž napomohl vzniku dnešních jaderných elektráren. Do jeho života a vědeckého směřování ale také osudově zasáhla druhá světová válka. Když německá armáda obsadila Dánsko, Bohr s rodinou uprchl na rybářské lodi do Švédska, odkud následně emigroval do Spojených států amerických. V USA se po boku největších fyziků té doby zapojil do vývoje jaderné bomby v rámci projektu Manhattan. Po skončení druhé světové války se vrátil zpátky do rodného Dánska a do konce života pracoval na kodaňské univerzitě. Niels Bohr zemřel 18. listopadu 1962 na srdeční selhání ve věku 77 let.
Mohlo by vás také zajímat:
Šedesát
let prvního československého laseru
Gordon
Moore: Podnikatel a vizionář, který předpověděl vývoj čipů
Od kvasarů k černým dírám