Objevil jsem kousek reality v atomu, hlásil před sto lety Niels Bohr

aktualizováno 
Jeden z nejvýznamnějších fyziků 20. století v roce 1922 obdržel Nobelovu cenu. Devět let před tím, tedy před sto lety, popsal "planetární" model atomu a ve stejném roce se stih i oženit . Přečtěte si druhý díl životního příběhu tohoto geniálního Dána.

Slavný dánský fyzik Niels Bohr | foto: Profimedia.cz

Na sklonku 19. století byla Kodaň poklidnou metropolí dánského království. Třebaže se rozvíjel městský přístav, kvetly obchody, průmyslové podniky a univerzita, probíhaly všechny tyto změny tiše, neokázale, přirozeně plynuly. Ani svatba šestadvacetiletého lékaře Christiana Bohra s bankéřskou dcerkou Ellen Adlerovou v roce 1881, která se konala na radnici a nikoli v kostele, nikoho nevzrušila.

Série o životě slavného fyzika

První dítě, které se mladým Bohrům narodilo, byla Jeanny. Vyrostla z ní dívka psychicky labilní, samotářská, citově vázaná pouze na matku. I když vystudovala pedagogickou školu, pracovala jenom výjimečně – když se cítila dobře.

Potom přišli dva synové: 7. října 1885 Niels a 22. dubna 1887 Harald. Oba chlapci vypadali jako stejně staří. Přesto se rychleji vyvíjel Harald. Nielsovým heslem totiž bylo: "Dohoň mě!" Není divu, že ve škole se zdálo, že mladší je opravdu nadanější. Ale sám Harald říkal: "Já jsem stříbro a Niels je zlato." Ostatně první náznaky Nielsova velkého nadání se projevovaly při hodinách fyziky, kdy upozorňoval učitele na chyby v učebnicích.

Christian Bohr se v pětatřiceti letech stal profesorem fyziologie Kodaňské univerzity a byl zvolen členem Dánské akademie. Tyto důstojné pocty nebránily tomu, aby do Dánska přivezl z Anglie fotbal a stal se jeho nadšeným propagátorem. Kopanou nakonec hráli také oba jeho synové. Harald dokonce v ligovém mužstvu a potom i v národní jedenáctce, která na londýnské olympiádě vybojovala druhé místo.

Myslí jinak

Oba bratři začali postupně studovat na univerzitě. Niels na sebe upozorňoval v předmětech, které namáhají tvůrčí myšlení. S profesorem matematiky diskutoval o řešení různých úloh. Profesora filozofie taktně upozornil na logické nepřesnosti v jeho učebnici.

Jeho spolužačka Helga Lundová se o něm vyjádřila, že "myslel jinak" než ostatní. V zimě 1904 napsala svému bratranci do Norska: "Je zajímavé se znát s géniem. Je to Niels Bohr. V něm se stále více projevuje něco neobyčejného. Je to ten nejlepší a nejskromnější člověk, jakého si můžeš představit."

Niels se zajímal o filozofii stejně jako o fyziku a matematiku. Dokonce uvažoval o tom, že by napsal nějaký filozofický spis. Ale na začátku zimy 1904 ho požádal profesor fyziky, aby sestavil přehled radioaktivních přeměn. Ve druhém roce univerzitních studií tedy sepsal první vědeckou práci. Potom dělal pro svého profesora výpočty k jeho teorii o vztahu mezi elektrickými vlastnostmi a povrchovým napětím rtuti. Tahle práce dokonce vyšla v odborném časopisu.

Přesto však studenty filozofie velice zajímala. Dvanáct z nich nakonec založilo filozofický kroužek Ekliptika a oba Bohrové byli samozřejmě mezi nimi. A také často mívali hlavní slovo.

Na jejich přínos později vzpomínal vědec Wilhelm Slomann: "Když se spor začínal dostával jinam, anebo když se začal vytrácet, často se stávalo, že jeden z nich začal vykládat své argumenty tichým hlasem, ale stále energičtěji a rychleji. Avšak najednou ho trumfoval druhý bratr. Jejich myšlenky, zdálo se, plynuly jediným směrem. První vylepšoval to, co řekl druhý, nebo opravoval své vlastní vývody, nebo je vášnivě a jaksi radostně hájil. Nápady měnili v odstínech. Myšlenky se vybrušovaly, všechny argumentace se rodily nenáhle. Tenhle způsob myšlení se v obou bratrech natolik zakořenil, že nikdo cizí nebyl schopen se vmísit do jejich dialogu. Předseda obvykle odložil pero a dovolil jim, aby se vypovídali. Teprve když se všichni začali přitahovat blíže k hovořícímu, začal předseda bezúspěšně prosit: "Hlasitěji, Nielsi!"

Členové kroužku se scházeli dvakrát měsíčně. Někdy diskutovali i dlouho přes půlnoc. Bylo jim okolo dvaceti a měli pocit, že musí pokořit svět.

V roce 1905 vyhlásila Dánská královská akademie úkol pro fyziky-experimentátory. Zlatou medaili dostane ten, kdo využije vibrací k určení povrchového napětí kapalin, a to tak, aby se tato metoda dala prakticky využít. Práce musí být odevzdána do 30. října 1906.

To nebyla úloha pro studenta. Přesto se Niels do této práce pustil. A protože na univerzitě neměl vhodné podmínky, experimentoval v otcově fyziologické laboratoři. Brzy však pochopil, že v předepsaném termínu nemůže povrchové napětí vyzkoušet u většího množství kapalin. Nejlíp udělá, když zůstane u vody, kterou zatím používal. Začátkem července dokončil pokusnou aparaturu. Potom začal experimentovat. Každá série pokusů trvala 24 hodin. I když získal určité výsledky, ze všeho nejdůležitější bylo, že se mu podařilo zdokonalit samotnou teorii povrchového napětí kapalin. Nakonec sepsal 114stránkovou studii včas.

Při posuzování zaslaných prací byl největším Nielsovým konkurentem zkušený chemik z techniky, který určil čísla pro celou řadu kapalin. Přesto komise v lednu 1907 odměnila Bohra: "Třebaže tato práce nevyčerpala předmět tak plně jako studie další, autor si zaslouží pochvalu za další aspekty tématu a my jsme se rozhodli udělit mu zlatou medaili za tyto výzkumy."

Už při první vědecké soutěži se tedy Niels Bohr projevil jako teoretik.

Ctižádostivý otec chtěl, aby synovu studii otiskl vážený britský filozofický časopis. Požádal proto svého přítele chemika sira Williama Ramsaye, který jako první určil molekulární hmotnost kapalin z povrchového napětí, aby ji doporučil k otištění. Ten souhlasil, ale požadoval ještě další výpočty. Niels proto musel znovu experimentovat. V lednu 1909 předložil Ramsay doplněnou studii Královské společnosti. Sekretáře Královské společnosti, který si s Nielsem Bohrem dopisoval, jenom udivilo, že autor není profesorem, ale ještě studentem.

Věda zdržela Nielse ve studiích. Harald ho předhonil a v březnu 1909 získal hodnost magistra a vzápětí odjel do Německa, do tehdejší mekky všech matematiků Göttingenu. Starší bratr dokončil studii nezbytnou k udělení nejnižší univerzitní hodnosti až v létě. Nicméně současně dostal autorské výtisky anglického časopisu se svým článkem.

Na doktora filozofie byl Niels promován o dva roky později. Předložil 200stránkovou práci o tom, jak teorie elektronů objasňuje základní fyzikální vlastnosti kovů. Veřejná obhajoba byla spíše slavností než vědeckou disputací. Vždyť profesor fyziky K. Christiansen už předem prohlásil: "Stěží se najde v Dánsku někdo, kdo by natolik znal elektronovou teorii, aby se mohl autoritativně vyjádřit k této disertaci." Ještě o půl století později ji vědecký svět hodnotil vysoko: "Tuto důležitou práci můžeme považovat za závěrečný tah k vývoji elektronové teorie. V této studii předvedl Niels Bohr i sílu i ohraničenost klasických představ."

Sál, kde obhajoba probíhala, byl přeplněn lidmi. Přišla matka i jeho snoubenka Margareta, se kterou se seznámil před půldruhým rokem. Přišli všichni doktorandovi přátelé. Jenom otec se toho dne nedožil, zemřel před dvěma měsíci.

Dizertační řízení Nielse Bohra se stalo událostí, o které psaly kodaňské noviny.

Vteřina osvícení

Začátkem září 1911 přijel Niels Bohr do Anglie. Dostal roční stipendium, aby si prohloubil vzdělání. Mířil do Cambridge, kde proslulé Cavendishově laboratoři vládl profesor Joseph John Thomson.

Před pěti lety získal sir Joseph Nobelovu cenu za teoretické a experimentální výzkumy elektrické vodivosti plynů. A později vystoupil s novou, velice zajímavou představou o struktuře atomu: je to koule, jejíž střed tvoří elektrický náboj a v němž je tolik elektronů, že na svém povrchu musí být atom elektricky neutrální.

Mladý Dán s sebou přivezl svou doktorskou disertaci, kterou pracně a s chybami sám přeložil do angličtiny. Při prvním setkání ji dal profesorovi s prosbou, aby ji přečetl a posoudil. Někteří pamětníci později tvrdili, že Bohr Thomsonovi tehdy přinesl i jeho studii a ukázal mu v ní jeho vlastní chyby. Ať je to pravda, nebo ne, profesor s přečtením předložené disertace nespěchal. Mladý muž, dychtivý pustit se do vědecké práce, měl pocit, že je v Cavendishově laboratoři zbytečný.

Koncem listopadu navštívil Niels profesora fyziologie Lawrence Smitha v Manchesteru, aby mu vyřídil pozdravy od otce. U něho se seznámil s Ernestem Rutherfordem. Sir Ernest byl Thomsonovým žákem a nyní už měl ve fyzikálním světě stejný věhlas jako on. Před dvěma lety dostal Nobelovu cenu za zjištění, že radioaktivita vzniká následkem přirozeného rozpadu prvků. V Manchesteru vedl univerzitní laboratoř a právě nedávno vystoupil s novou hypotézou o stavbě atomu, mnohem propracovanější než byla Thomsonova. Rutheford tvrdil, že atom každého prvku se skládá z kladně nabitého jádra atomu, v němž je soustředěna takřka všechna jeho hmotnost, a ze záporně nabitých elektronů, které obíhají okolo jádra podobně jako planety okolo Slunce. Byl to planetární model atomu.

V únoru 1912 se Bohr domluvil s Rutherfordem, že v polovině příštího měsíce nastoupí v Manchesteru. Po příjezdu musel jako každý nováček v této laboratoři nejdřív absolvovat sérii experimentů, které ho uvedly do nové atomistiky. Přitom se sblížil s Józsefem Hevesym, experimentálním chemikem z Budapešti. Rutherford (podřízení mu s láskou říkali Papa, Tatínek) musel odjet na kontinent. "Nielsovi bylo všechno úplně jasné hned od počátku," vzpomínal později Hevesy. Bohr si totiž uvědomil, že planetární model není v souladu s některými jinými fyzikálními zákony. Jistě, tento nedostatek by se dal vysvětlit složitostí a vychytralostí přírody. Jenže přírodní procesy se přece opírají o jednoduché principy, příroda je v zásadě velice prostá a jednoduchá.

Niels Henrik David Bohr

Narodil se 7. října 1885 v Kodani, kde v 77 letech 18.listopadu 1962 zemřel. Je považován za jednoho z nejvýznamnějších fyziků 20. století, v roce 1922 obdržel Nobelovu cenu.

Dánký fyzik Niels Henrik David Bohr (1885 - 1962)

Dánký fyzik Niels Henrik David Bohr (1885 - 1962)

Byl součástí generace fyziků, která zhruba v první čtvrtině 20. století vytvořila podobu kvantové fyziky. Právě ta otevřela cesta k atomové bombě, počítačům či urychlovačům.

Bohr je známý především díky své práci na modelu atomu z roku 1913. Je to známý "planetární" model, ve kterém elektrony obíhají jaké malé planety kolem svého slunce, tedy jádra s neutrony a protony. 

To nebyla nová představa. Ale důležité bylo, že Bohr zahrnul do modelu i poznatky kvantové teorie: elektrony se pohybovaly  z jedné dráhy na druhou přímým přeskokem. Jednoduše byly v jednu chvíli na jedné dráze, pak na druhé a nikde mezi nimi. (Více jsme o jeho teorii psali v tomto článku.)

V době 2. světové války byl už Bohrův model atomu z roku 1913 překonaný, měl totiž řadu slabin. Ale jeho autor stále patřil k předním světovým vědcům.

Podle planetárního modelu se všechna hmota atomu skrývá v jeho jádře. Pokusy ukazují, že chemické vlastnosti jednotlivých prvků neurčují jádra atomů, nýbrž elektrony, které okolo nich obíhají. Sám atom je neutrální: záporných elektronů má tolik, kolik okolo sebe dokáže udržet kladně nabité jádro. Chemické chování atomů tedy skutečně závisí na velikosti náboje jádra. Nikoli však na jeho hmotnosti, jak si až dosud všichni mysleli, nýbrž na velikosti jeho náboje – uvědomil si Bohr. Druh atomu je tedy určen dvěma údaji: velikostí náboje v atomovém jádře a počtem obíhajících elektronů. Proslulou Mendělejevovu tabulku periodických prvků proto musíme doplnit o další charakteristiku: od jednoho prvku k druhému se zvětšuje počet jaderných nábojů vždy pouze o jeden.

V dubnu 1912 tedy Niels Bohr objevil zákon atomového čísla, dnes mluvíme o čísle protonovém, protože víme, že jádro se skládá z protonů. Rovněž přišel na to, že radioaktivní rozpady alfa a beta, při kterých se rodí nové prvky, řídí jádra atomů. A Hevesy jako radiochemik tuto možnost potvrdil.

Potom se vrátil Rutherford. Pracovníci jeho laboratoře měli na Bohrovy teorie rozdílné názory. Ale šéf si udělal vlastní úsudek. Vzápětí vyzval Bohra, aby své představy zformuloval do odborné statě. Bylo mu jasné, že mladý Dán už ví o struktuře jádra atomu mnohem víc než on, že se v něm zrodila nová autorita. Ovšem jako velkorysý a moudrý učitel věděl, že musí svého žáka podporovat a současně i podněcovat, aby svou studii myšlenkově dovedl do konce.

I Niels to vytušil. V polovině července napsal Haraldovi do Göttingenu lístek. Svěřoval se mu, že pořád přemýšlí o něčem úplně novém. "Možná, že jsem objevil něco podstatného ve struktuře atomu, kousek reality."

Tehdy právě uvažoval o stabilitě atomu. Planetární model se mu nezdál stabilní. Elektrony, které krouží okolo jádra, přece vyzařují energii, tím ji ztrácejí, takže by nakonec musely spadnout na jádro. Takový atom by se brzy zhroutil. Tady musí platit teorie Maxe Plancka o minimální dávce energie vyzařované tělesem, tedy slavná Planckova konstanta, která je základem kvantové teorie.

Dne 22. července přinesl Bohr Rutherfordovi sedmistránkovou studii O stavbě atomu a molekul, kterou sepisoval poslední dva měsíce. Ale Papa neměl čas si ji přečíst. Proto ho požádal, aby mu stručně vyložil obsah. Jeho posudek však nezněl pochvalně, ale jako výzva k pokračování: "Z vašich jablek by se člověk otrávil, nejsou ještě zralá." Potom se oba rozloučili. Jeden mířil do Londýna, druhý do Kodaně.

Ve čtvrtek 1. srpna 1912 si sedmadvacetiletý Niels Henrik David Bohr bral za manželku o pět let mladší Margaretu Norlundovou, dceru lékárníka z malého městečka. Stejně jako manželovým rodičům i jim stačil civilní obřad. Hned po svatbě odpluli novomanželé do Anglie. Navštívili Cambridge a Manchester. Niels představil svou ženu Rutherfordům a obě rodiny se sblížily. Potom strávili novomanželé líbánky ve Skotsku.

Na podzim se vrátil Niels na kodaňskou univerzitu a stal se asistentem profesora Martina Knudsena. Docenturu nedostal, a proto musel mnoho hodin přednášet studentům základy fyziky. Když však svému profesorovi objasnil, nad čím bádá, ten ho z přednáškových povinností uvolnil. Mladý fyzik se mohl věnovat rozpracovávání své teorie. Aniž o tom věděl, rovněž někteří další vědci se pokoušeli sjednotit buď Thomsonův, anebo Rutherfordův model atomu s kvantovou mechanikou, ale zatím bez velkého úspěchu.

Začátkem února 1913 Bohr náhodou potkal svého bývalého spolužáka Mariusa Hansena, který půldruhého roku studoval v Göttingenu spektroskopii a teď byl asistentem na technice. To je jediný fyzik v Kodani, kterého by mohly zajímat mé problémy, řekl si Niels. Když ho Hansen vyslechl, položil mu jedinou otázku: "Jak vypadá tvoje teorie z hlediska spektrálních vzorců?"

"Spektrálních vzorců?" Mladý teoretik o nich neměl ani ponětí. Jakmile přišel domů, hned je vyhledal. Klíčem k mé teorii je přece Balmerova rovnice, uvědomil si. "Jakmile jsem spatřil Balmerovu rovnici, všechno se přede mnou okamžitě vyjasnilo." Tato vteřina jasného osvícení se stala počátkem velkého objevu sjednocujícího nejnovější poznatky o vlastnostech látek a o energii, kterou tyto látky vyzařují. Tento rozhodující okamžik se odehrál mezi 3. a 5. únorem – alespoň podle historických výzkumů sovětského spisovatele Daniila Danina.

"To, co následovalo potom, si dovedu živě představit," napsal pozdější blízký Bohrův spolupracovník, Belgičan Léon Rosenfeld. "Musel trpělivě převracet Balmerův vzorec ve svém mozku, tak jako geolog převrací v rukou nalezený minerál a přitom pečlivě studuje všechny podrobnosti jeho struktury, zkoumá logickou nezbytnost každé etapy svých myšlenek. V okamžitém vnuknutí musel zvážit důsledky této rovnice a vzápětí musel ve stejné minutě myšlenkově prověřit výsledky pokusu."

Niels Bohr dospěl ke dvěma základním závěrům. Zaprvé elektrony se pohybují po stálých drahách, na kterých nezáří, a proto nemohou spadnout na jádro. Ano, stává se, že elektrony opouštějí své původní dráhy, ale na dráhy nové přecházejí nikoli po spirále, nýbrž náhlým skokem. Tímto skokem ztrácejí naráz energii a přitom ji vyzařují kmitočtem, kterému odpovídá vždy určitá barva. A jak pohyb elektronů, tak jejich záření při skocích se řídí zákony kvantové mechaniky.

Elektrony přeskakují z vyšších energetických hladin do nižších, bližších k jádru. Atom vyzařuje světlo. Čím hlouběji spadne elektron, tím je vyzářené kvantum větší a tím je kmitočet záření vyšší.

Ovšem okolo jádra vodíku krouží jenom jeden elektron. Nespadne nakonec přímo na jádro? Bohr musel ještě v průběhu února ověřit svou teorii na extrémním příkladu vodíku. Zjistil, že jeho výpočty souhlasí s experimentálními údaji: elektron vodíku nakonec dorazí na poslední kvantovou dráhu povolenou přírodou, na dráhu, která leží nejblíže k atomovému jádru. Tam má elektron nejnižší dovolenou úroveň energie a tam dosahuje své stability.

Množství energie v jednotlivých atomech si můžeme představit jako schodiště, vynořila se postupně před Bohrem další zákonitost. Čím leží stupínek výše, tím je nižší. Na vrcholku tohoto nekonečného schodiště se jednotlivé stupínky slévají, takže vytvářejí už nikoli schůdky, ale svah. Čím více se elektrony vzdalují od jádra, tím hůře se odlišují od sousedních. Kvantové skoky se stávají neznatelnými, přechody z jednoho stabilního stavu do druhého nepřetržitými.

Mikrosvět a makrosvět tedy musí spojovat přirozená jednota. Mladý dánský fyzik nazval tento postupný přechod z mikrosvěta do makrosvěta zásadou souladu. Ostatně elektrony v atomu spřízňuje s planetami vesmíru právě onen oběh po drahách. Na druhé straně zase u nebeských těles neznáme kvantové skoky. V tomto rozporu spočívala dvojakost Bohrovy teorie. Dvojakost, na kterou později poukazovali mnozí oponenti.

Konečně 6. března 1913 mohl Bohr poslat první část své studie o stavbě atomu Rutherfordovi. Tato teorie mu současně posloužila k první předpovědi: série spektrálních čar hvězd, které nedávno pozoroval R. H. Fowler, nepatří vodíku, jak si všichni myslí, ale heliu. Ovšem tuto hypotézu by bylo třeba experimentálně ověřit. A k tomu mají nejlepší podmínky v Manchesteru.

Rutherford okamžitě odpověděl: Ano, váš pohled je velice zajímavý. Ale studie obsahuje místa, která jsou nepochopitelná. A bylo by nejlepší článek zkrátit na třetinu.

Bohr mezitím napsal novou variantu článku. Když dostal dopis z Anglie, uvědomil si, že musí celou teorii důkladně prodiskutovat se svým učitelem. A rozjel se do Manchesteru.

Oba vědci spolu probírali celý text slovo od slova, vyjasňovali těžko pochopitelné pasáže, zkracovali zbytečnosti. "Rutherford měl se mnou andělskou trpělivost," vzpomínal později Bohr. "A po diskusích, které probíhaly několik dlouhých večerů, kdy on nejednou prohlašoval, že si nikdy nemyslel, že se projevím jako paličák, souhlasil, aby v definitivním textu zůstaly všechny staré a nové problémy. Ale styl a jazyk článku se samozřejmě zlepšily díky jeho pomoci a radám."

Dne 5. dubna 1913 Bohr studii, opatřenou souhlasem profesora Rutherforda, poslal redakci časopisu Philosophical Magazine. Práce vyšla v červencovém čísle.

Skončila epocha klasického pohledu na vzájemné vztahy v přírodě a začala éra atomu. Ovšem toto nové chápání příčinnosti čili kauzality musel Bohr se svými stoupenci teprve probojovat.

"Váš článek se pro mne stal nevyčerpatelným zdrojem rozkoše," napsal Bohrovi jeho starý přítel Hevesy, který ho uvedl do tajů atomistiky. "Myslící rozum se necítí šťasten, dokud se mu nepodaří spojit do jednoho obrazu různorodá fakta, která pozoruje. Tato intelektuální nešťastnost nás stále více nutí k přemýšlení, k tomu, abychom se zabývali vědou."

Později mu Hevesy sdělil i mínění Alberta Einsteina: "Řekl mi, že před mnoha lety měl velmi podobné myšlenky, ale že nenašel dost odvahy k tomu, aby je rozvíjel. Je to jeden z největších objevů."

Význačný německý fyzik Arnold Semmerfeld dokonce cítil, že v prostoru Bohrova atomu vládne "nejvyšší míra hudebnosti". Jako bychom tam viděli, jak na strunách vypočítaných oběžných drah "hraje příroda spektrální symfonii".

V září uveřejnil časopis Nature zprávu jednoho spektroskopického specialisty z Rutherfordovy laboratoře. Hvězdy pozorované Fowlerem skutečně obsahují helium, jak se domnívá Bohr. První experimentální prověrka teorie mladého dánského fyzika tedy dopadla úspěšně.

Kvantový pohled na vědu o atomech umožňoval objasnit podstatu spektrálních čar, které vyzařují jednotlivé látky, vysvětlit podivuhodnou stálost atomů, stavbu jejich elektronových obalů a periodický systém prvků. Alespoň v obecných rysech. Byl to impuls pro teoretiky, aby domýšleli další důsledky Bohrova modelu atomu. A byl to impuls pro experimentátory, aby v souladu s Bohrovou teorií zkoumali okolní svět.

Budování domova

Začátkem roku 1914 byl Bohr jmenován docentem. Popravdě řečeno, nebylo to žádné velké štěstí. Pořád musel přednášet, tentokrát medikům, a na teoretické studie mu zbývalo málo času. Navíc se ukázalo, že profesor Knudsen jeho teorii nepřijal. Mladý badatel od něj nemůže žádné úlevy čekat.

Nielse to nijak neskličovalo. Naopak. Požádal vedení univerzity, aby založilo katedru teoretické fyziky a svěřilo mu její vedení.

V květnu dostal od Rutherforda báječné pozvání: Přijeďte do Manchestru, budete tady hostujícím docentem, mít plat 200 liber ročně a spoustu času na teoretickou práci. Takové královské podmínky mu zatím Kodaň poskytnout nemůže! Nabídku samozřejmě přijal.

Před tím však musel zajet do Německa. Přednášel v Göttingenu, kde se kolegové Max Born a Peter Debay vyjadřovali k jeho teorii skepticky. Přednášel v Mnichově, tam už Sommerfeld a jeho asistenti rozpracovávali důsledky jeho teorie.

Uprostřed léta zabili srbští nacionalisté následníka rakouského trůnu. Už předtím byly rozpory mezi evropskými mocnostmi vyhroceny a teď měly konečně záminku k tomu, aby se je pokusily vyřešit silou. Rakousko vyhlásilo válku maličkému Srbskému království. Tomu přišlo na pomoc carské Rusko. Mobilizaci s výhrůžkou Rusku vyhlásilo císařské Německo. Francie, Anglie a Itálie se postavily na stranu Srbska a Ruska. A 1. srpna 1914 vypukla první světová válka.

Niels a Harald přejeli německé hranice do Dánska těsně před jejich uzavřením. Dánské království zůstalo v tomto konfliktu neutrální.

V říjnu odpluli manželé Bohrovi do Velké Británie. Do Manchesteru. Niels tam dál rozpracovával svoji teorii. Chtěl najít obraz pohybu elektronů okolo jádra nejen podle Keplerových zákonů, ale také podle Einsteinových. Rovněž Sommerfeld pokračoval ve studiích Bohrovy koncepce atomu. Do Anglie přicházely německé vědecké časopisy i nadále, jenom s menším zpožděním, zaviněným jejich putováním přes neutrální státy. Proto byl Bohr o postupu svého následovníka stále průběžně informován, i když si nemohli nevyměňovat dopisy.

V březnu 1916 dostal Bohr příznivou zprávu z domova. Kodaňská univerzita rozhodla zřídit stolici teoretické fyziky. Když se tedy začátkem léta vracel do Dánska, věděl, jaký úkol ho čeká. Měl vybudovat ústav, který by soustředil teoretické fyziky z celého světa k rozpracování jeho teorie. Ale to nebyl jenom úkol, to bylo i poslání a výzva.

Doma však mladého fyzika čekalo nepříjemné překvapení. Univerzita mu nemohla uvolnit žádné místnosti, ve kterých by si zřídil laboratoř. Pouze mu vyhradila malou pracovnu s knihovnou na technice. Z rozhovorů s kolegy velmi rychle vyplynula i příčina nezájmu o jeho práci. Většina lidí považovala jeho teorii za přechodnou představu, kterou další vědci brzy překonají. Tohle semínko nedůvěry mezi nimi zřejmě zasel Knudsen.

Chtěli bychom zřídit v Kodani dvě vědecká centra, fyzikální a matematické. Tento sen začali Niels a Harald snít, když spolu chodili na dlouhé procházky po Kodani a jejím okolí. Nejen starší bratr, ale i mladší už dosáhli proslulosti ve svých oborech, takže tyto cíle nebyly planým fantazírováním.

První uznání na domácí půdě přišlo brzy. Niels byl zvolen předsedou Fyzikální společnosti Dánska. A v roce 1917 se stal členem nejvyšší vědecké instituce země, Královské akademie.

Také jeho rodinné štěstí se začalo naplňovat. Koncem listopadu 1916 se Margaretě narodil syn Christian Alfred. V dubnu 1918 přišel na svět Hans Henrik.

Světová fyziky v Kodani

Málokterý z dánských studentů se bude zajímat o studium atomistiky, své skutečné žáky a následovníky musí hledat na celém světě. To si Niels Bohr uvědomoval od začátku. K jeho velkému překvapení se začali hlásit sami. První byl Henrik Anton Kramers, absolvent fyziky a matematiky z neutrálního Holandska. Hned v létě 1916 napsal Bohrovi dopis s prosbou: rád bych se stal vaším asistentem a pod vaším vedením si připravoval doktorskou disertaci.

Jestliže se má Kodaň stát jedním z center světové fyziky, musí si cizina zvyknout, že studie Nielse Bohra a jeho školy se budou nejednou objevovat v dánském odborném tisku. Proto také další Bohrova práce, ve které hlouběji rozpracovával vztahy kvantové teorie a spektroskopie, vyšla v časopise Dánské královské společnosti.

Postupem času se neúnavnému Bohrovi podařilo získat od vlády i od soukromníků dost finančních prostředků na vybudování laboratoře. Jeden jeho přítel sehnal na tu dobu ohromnou sumu 4 500 britských liber, což bylo více než dvacet ročních platů manchesterského docenta fyziky.

Mladý badatel cílevědomě zapouštěl kotvy na domovské půdě. Není proto divu, že další nabídku svého příznivce Rutherforda odmítl. Jistě, místo profesora matematické fyziky v Anglii by byla vynikající příležitostí k jejich další úzké spolupráci, ale už on chce zůstat v Dánsku.

Začátkem roku 1919 se rozloučil Kramers. V doprovodu svého profesora odjel do Holandska na obhajobu své doktorské práce. V Leidenu našel Bohr nového přítele a zastánce, německého fyzika Paula Ehrenfesta.

Mezitím se ohlásil další aspirant, Oskar Klein ze Švédska. V létě Bohr diktoval novou studii. Anglicky, ale debatovali o ní dánsky. Obsahovala zákon zákazu, který zní: V atomech se nelze setkat se dvěma elektrony, které by měly přesně stejné vlastnosti a stejnou adresu. Dnes patří tento zákon k základním principům fyziky elementárních částic.

Potom se Nielsi a Margaretě naplnila jedna velká touha: lacino koupili vilku na venkově, asi padesát kilometrů severně od Kodaně, v Tisvildeleje na břehu moře, v překrásné krajině. Přáli si ji kvůli dětem. A on potřeboval i příhodné místo k dlouhým procházkám plným přemýšlení, k debatám s kolegy nad záhadami přírody, k psaní teoretických studií.

Mezitím se začal stavět ústav teoretické fyziky. Byla to prostá dvoupatrová budova nedaleko centra Kodaně, v ulici Blegdamsvei, a později dostala číslo 15. Vědci se do ní měli nastěhovat na jaře 1920.

Bohr napsal Hevesymu, že tam může začít pracovat, jakmile se otevře. Dokončení stavby se však zpozdilo. Hevesy přesto dorazil, koutek k práci si našel na technice. A hned pokračoval tam, kde skončil v Manchesteru u Rutherforda: pomocí Bohrovy teorie zkoumal vzácné zeminy a zařazoval je do Mendělejevovy tabulky prvků.

Koncem dubna 1920 musel Bohr do Berlína na sjezd Německé fyzikální společnosti. Tam se poprvé setkalo souhvězdí největších fyziků dvacátého století: důstojný Planck, pětašedesátník, poctěný nejvyššími vědeckými tituly, jedenačtyřicetiletý šedivějící Einstein, o jehož teorie se pořád bojovalo, a ani ne pětatřicetiletý, mladistvě vyhlížející Bohr, jehož představy o přírodě byly něčím zatemnělé, nejasné, ale přesto zřejmě pravdivé a převratné.

Po přednášce cítil Bohr z publika rozpaky. Posluchači mu tleskali, ale spíše z povinnosti než od srdce. Zdálo se, že ho nepochopili. Ostatně nebylo divu. Dánský vědec často zapomínal při svých přednáškách objasňovat všechny své myšlenkové pochody, jakoby mluvil o věcech notoricky známých. Také měl ve zvyku mluvit tiše a občas si dával ruku před ústa, takže ho nebylo skoro slyšet.

Podle pruské tradice nebylo možné, aby s věhlasným hostem diskutovali mladí neznámí vědci, aby se ho vyptávali, případně nedej bože zpochybňovali jeho myšlenky. To bylo nepřípustné a neslušné! Ale jak přijít na kloub těm jeho teoriím? Jedině když si s ním popovídají o samotě bez "šišek", jak říkali mladí badatelé autoritám. Jenže Bohr už k těmto "šiškám" sám patří a přátelí se s nimi! Dokonce bydlí u Plancků.

Musíme si ho vyčíhat, až bude sám! James Franck, Lisa Meitnerová a Gustav Hertz se nakonec k Bohrovi dostali. Dánský fyzik se schůzkou samozřejmě souhlasil. Proč ne? Vždyť tihle tři byli jeho vrstevníky a on je ochoten debatovat s kýmkoliv. Sejdou se ve vile Fritze Habera, který je i přes své mládí ředitelem Ústavu císaře Viléma pro fyzikální chemii a elektrochemii.

Ujednáno, domluveno. U vchodu k Haberům však všichni zažívali velké překvapení. S úsměvem je vítal Albert Einstein, který prušácké manýry nenáviděl stejně jako oni. Nikdo si nepamatuje, kolik se tam sešlo lidí. Jenom Franck později poznamenal: "Šest, či sedm z nás dostalo nakonec Nobelovy ceny. Ale tehdy jsme se všichni stali Bohrovými žáky."

Bohr si získal posluchače hned na začátku. S obvyklou skromností se totiž přiznal: "Víte, vždyť jsem diletant. Když ostatní začínají teorii příliš komplikovat, přestávám to chápat."

"Občas strnule usedal a na prázdné tváři měl výraz svrchované a beznadějné apatie," vzpomínal Franck. "Do jeho očí se vkradla nechápavost, jeho postava se zhroutila, ruce mu bez vůle visely podél těla a on se změnil natolik, že by nikdo neřekl, že se s tímto člověkem už někdy předtím setkal. Ale najednou se celý zevnitř rozzářil. Viděli jste, jak se v něm rozhořívá jiskra a potom prohlásil: 'Tak, a teď už to chápu.' Taková soustředěnost překvapila. Jsem přesvědčen, že takový byl i Newton."

V Berlíně se Bohr a Einstein spřátelili. Pravda, každý měl jiný názor na teorii světla (později se ukázalo, že oba se mýlili), ale jejich hlubšímu lidskému porozumění to nijak nevadilo. Einstein ukázal Bohrovi svůj dům, představil mu manželku, pověděli si o svých rodinách.

A potom si začali psát. První dopis z Kodaně měl datum 24. června 1920, o den dříve se narodil Erik Bohr. Brzy na to se Bohrovi přestěhovali do centra Kodaně, do bytu Nielsových rodičů, nedaleko od rozestavěného ústavu. Tam také uvítali Rutherforda, který přijel navštívit svého mladého přítele, přednést několik přednášek a odnést si čestný doktorát z univerzity.

Začátkem roku 1921 se mohl Bohr přestěhovat z malé pracovničky na technice do Univerzitního ústavu teoretické fyziky – Universitets Institut for Teoretisk Fysik. A 3. března budovu slavnostně otevřeli. Druhý den se ředitel nové instituce zhroutil. Neměl bolesti ani horečku, ale byl tak vyčerpán, že nedokázal ani chodit, ani myslet. Musel odvolat série přednášek v Královské společnosti, v Anglii, v Rakousku, v Belgii. To byla daň za všechny ty starosti s ústavem i s teorií.

Půl roku se zotavoval. Teprve v srpnu se cítil opět dobře. Po návratu z dovolené začal opravdu ředitelovat svůj vytoužený ústav. Byla to jednoduché práce, kterou nekomplikovaly žádné úřední předpisy. Všechnu administrativu zvládla sekretářka Betta Schulzová. Niels Bohr se spíše věnoval samotné vědě. Později se celá Bohrova rodina přestěhovala do budovy ústavu, do bytu v podkroví.

V červnu 1922 měl dánský vědec na univerzitě v Göttingenu sedm přednášek o struktuře atomu. Třebaže v nich neřekl nic nového, do historie tato série vešla jako "Bohrův festival". Přivezl tam totiž něco, co spisovatel Danin nazval "nakažlivou duchovností". Hledal, pochyboval, doufal a každému přiznával právo si s ním o tom všem podiskutovat. O Bohrově pojetí atomu debatovali nejen fyzici a matematici, ale také někteří laici. Vždyť všichni se chtěli dobrat společného pohledu na přírodu, která nás obklopuje.

Na přednášky velkého dánského teoretika chodil i dvacetiletý mnichovský student Werner Heisenberg. Na konci třetí lekce se odvážil nesouhlasit s některými vývody slovutného pana profesora. Ten mu nakonec navrhl: "Pojďte a projdeme se." Tři hodiny se procházeli po městě a rozmlouvali o filozofických důsledcích kvantové teorie na atom. Heisenberg později napsal: "Právě ten den začala moje opravdová vědecká dráha." Dánský fyzik pozval německého studenta na jeden semestr do Kodaně.

Do Göttingenu dostal Bohr radostný telegram z domova. Narodil se mu čtvrtý syn, který dostal jméno Aage Niels.

Splněné sny

Začátkem zimy byl Bohr pozván do Stockholmu pro Nobelovu cenu. Toto ocenění se stalo svátkem pro každého občana malého dánského království. "Za zásluhy o výzkum stavby atomu a atomového záření," znělo rozhodnutí Švédské královské akademie.

V neděli 10. prosince 1922 dostával Bohr tuto cenu společně s přítelem Einsteinem. Tomu byla přisouzena už minulý rok, ale dozvěděl se o tom při svém přednáškovém turné po světě. A proto si pro ni přijel se zpožděním.

Druhý den se konaly slavnostní přednášky nových laureátů. Ráno před odchodem zastihl Bohra v hotelu potěšující telegram z domova: Hevesy a holandský aspirant D. Coster, kteří od jara hledali 72. prvek, ho s definitivní platností identifikovali. Podobá se zirkonu, jak předpověděl on, takže k vzácným zeminám, jak tvrdili jiní, má daleko. Na počest starodávného názvu města Kodaně ho oba objevitelé nazvali hafniem.

Když došel laureát do budovy Hudební akademie, zjistil, že text svého projevu zapomněl v hotelu. Co teď? Na to, aby se pro něj vrátil, už nebyl čas. Musí tedy improvizovat. Oskar Klein později tvrdil, že mluvil lépe a srozumitelněji, než kdyby přečetl připravený proslov.

Dánský fyzik hovořil o stavbě atomu a o svém pojetí přírody. A potom připomněl: "Existuje ještě mnoho fundamentálních otázek, které čekají na své vyřešení."

V březnu 1924 přišel na svět poslední syn manželů Bohrových, pojmenovaný po profesoru Rutherfordovi Ernest.

Niels Bohr dosáhl všeho, po čem toužil. Vytvořil teorii, kterou přijala většina fyziků. Získal za ni nejvyšší vědeckou cenu. Řídil ústav, jehož pracovníci jeho fyzikální pojetí světa dál rozpracovávali. Margareta a pět synů mu dávali radost a klidné zázemí.

Přesto nebyl úplně šťasten. V roce 1922 si v dopise Arnoldu Semmerfeldovi povzdechl: "V posledních letech se jako vědec cítím často velice osamocen." Ovšem to je osud všech géniů. Jejich myšlenky se vznášejí příliš vysoko, než aby je v okamžiku, kdy se rodí, i jejich nejbližší a nejvyspělejší spolupracovníci dokázali hned pochopit. Tyto chvíle vznikání, kdy si badatel jednou vítězoslavně myslí, že dosáhl vrcholů poznání, a vzápětí ho zase pochybnosti srážejí k zemi, tyto bolestné chvíle si musí každý procítit sám. Bez tohoto krutého poznávání by nedošel ke své jistotě.

Konec druhého dílu. Třetí díl o životě slavného dánského fyzika přineseme za týden.

Autor:

50. výročí přistání na Měsící

Americký kosmický let Apollo 11 splnil svoji misi 20. července 1969. Na povrch Měsíce jako první člověk vstoupil velitel posádky Neil Armstrong. Doprovázel jej Edwin "Buzz" Aldrin, zatímco Michael Collins zůstal na palubě vesmírné lodi.

Téma Apollo 11 v článcích Technet.cz:
O čem si povídali kosmonauti Apolla 11. Poslechněte si tisíce hodin „ticha“
Co kdyby Apollo 11 zůstalo na Měsíci? Pohřbili by je přes rádio zaživa
Vlajky na Měsíci stále stojí. Podívejte se na důkaz ze sondy LRO

Nejčtenější

Samé otázky. Vědci pronikli do neznámých prostor u hrobky zpovědníka krále

Podle jasně čitelného letopočtu na papírku se vzkazem od dělníků, kteří...

Skupina historiků a dalších odborníků v přímém přenosu vyzvedává schránu s ostatky králova zpovědníka Jindřicha...

Zelené peklo Normandie. Problém odhalených spodků vyřešil seržant Culin

Digitálně kolorovaná dobová fotografie lehkého tanku M5 Stuart s improvizovanou...

Během detailního plánovaní vylodění v Normandii a prvních fází následného postupu do nitra Francie se zapomnělo na...

Některé nejlevnější notebooky nedoporučí ani výrobce. Vyzkoušeli jsme je

Test nejlevnějších notebooků

Na rčení „nejsem tak bohatý, abych kupoval levné věci“ zákazníci často zapomínají. Otestovali jsme proto šest levných...

Odstartovala nejsilnější raketa světa. Nese desítky satelitů a plachetnici

SpaceX poslala do vesmíru Falcon Heavy 25.6.2019 v 8:30 našeho času. Na palubě...

V úterý 25. června ráno v 8:30 našeho času znovu odstartovala nejsilnější raketa současnosti, Falcon Heavy. Vynesla...

Havarovali v Čechách, těla se našla v Německu. Nehoda migů na Šumavě

MiG-15T. Pod kabinou je vidět součást vlečného zařízení.

Nehoda dvou vojenských MiGů-15 na šumavském hřebeni v roce 1963 stála dva piloty život. Byla důsledkem šlendriánu a...

Další z rubriky

INTERAKTIVNĚ: Z malé účasti těží ANO, z vysoké Piráti? Najděte souvislosti

Prozkoumejte statistiky okresů ČR, najděte souvislosti a korelace

Výsledky voleb do Evropského parlamentu lze analyzovat z různých pohledů. Připravili jsme pro vás nástroj, s jehož...

Samé otázky. Vědci pronikli do neznámých prostor u hrobky zpovědníka krále

Podle jasně čitelného letopočtu na papírku se vzkazem od dělníků, kteří...

Skupina historiků a dalších odborníků v přímém přenosu vyzvedává schránu s ostatky králova zpovědníka Jindřicha...

„Psí oči“ nejsou náhoda, ale dílo evoluce. Psi si na ně vyvinuli svaly

Pes (ilustrační foto)

Ten nevinný pohled zná každý. Když upře čtyřnohý přítel na svého pána „psí oči“, vzbudí to širokou škálu emocí....

Najdete na iDNES.cz