A estrutura atômica

"Devemos ser claros que quando se trata de átomos, a linguagem só pode ser usada como na poesia. O poeta, também, não está tão preocupado em descrever fatos como em criar imagens e estabelecer conexões mentais. "

- Niels Bohr para Werner Heisenberg, verão de 1920

Niels Bohr ganhou o Prêmio Nobel de 1922 pelo seu trabalho sobre a estrutura dos átomos. Ele descreveu o átomo como um pequeno núcleo carregado positivamente rodeado por ondas de elétrons.

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Em 1913, com base nas teorias de Rutherford, Bohr desenvolveu e publicou o seu modelo de estrutura atômica, conhecido como o modelo de Bohr, que retrata o átomo como um pequeno núcleo carregado positivamente rodeado por elétrons carregados negativamente que viajam em órbitas circulares ao redor do núcleo, semelhante em estrutura ao Sistema Solar, mas com forças eletromagnéticas a providenciar atração, em vez de gravidade.

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Ele também introduziu a ideia de que os elétrons viajam em órbitas discretas ao redor do núcleo do átomo, sendo as propriedades químicas do elemento particular em grande parte determinadas pelo número de elétrons nas órbitas externas. Além disso, ele propôs que um elétron poderia cair de uma órbita de energia superior para uma mais baixa, emitindo um fóton de energia discreta no processo, que se tornou parte da base para a teoria quântica. Foi em grande parte por este trabalho inicial que Bohr recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1922, "pelos seus serviços na investigação da estrutura dos átomos e da radiação que emana deles".

Werner Heisenberg trabalhou como assistente de Bohr no Instituto de 1926 a 1927, e os dois homens trabalharam estreitamente nas fundações matemáticas da mecânica quântica. Foi durante este período fértil em Copenhaga que Heisenberg desenvolveu o seu famoso princípio de incerteza. Foi também durante este período que Bohr desenvolveu o seu princípio de complementaridade, a ideia de que as partículas poderiam ser analisadas separadamente como tendo várias propriedades contraditórias e aparentemente mutuamente exclusivas (um exemplo é a dualidade onda-partícula da luz, onde a luz pode se comportar como uma partícula ou como onda, mas não simultaneamente como ambos).

Os dois físicos também enfrentaram neste momento as implicações filosóficas da teoria quântica e a extensão em que ela refletia a realidade do mundo cotidiano. Embora eles não estivessem totalmente de acordo, a sua posição geral era popularmente chamada de "interpretação de Copenhagen", que em termos gerais afirmava que a realidade só poderia ser atribuída a uma medição, e que os efeitos quânticos em si eram essencialmente caracterizados pela indeterminação.

Bohr, juntamente com John Wheeler, desenvolveu o modelo de "gota líquida" do núcleo atômico (assim chamado porque comparava o núcleo a uma gota de líquido), proposto pela primeira vez por George Gamow. Este foi um passo fundamental na compreensão de muitos processos nucleares, e desempenhou um papel essencial em 1939 na explicação da base da fissão nuclear (a divisão de um núcleo pesado em duas partes mais ou menos iguais, com a consequente liberação de uma enorme quantidade de energia).