N
iels Bohr chào đời vào ngày 07 tháng 10 năm 1885 trong lâu đài của vua Georg, một dinh thự đẹp nhất của thủ đô Copenhagen, nước Đan Mạch. Niels Bohr là con của bà Ellen Adler Bohr, một phụ nữ gốc Do Thái có tiếng trong giới ngân hàng. Và ông Christian Bohr, giáo sư môn sinh lý học tại trường Đại học Copenhagen.
Thời kỳ còn là sinh viên, Niels đã nổi tiếng là xuất sắc về các môn toán, vật lý và túc cầu. Năm 22 tuổi, Niels Bohr đã đoạt được một huy chương vàng của Hàn lâm viện Hoàng gia Đan Mạch nhờ công trình khảo cứu về sức căng mặt ngoài.
Năm 1911, sau khi đỗ văn bằng Tiến sĩ Khoa học với luận án về lý thuyết điện tử của các kim loại, Niels Bohr sang nước Anh để học hỏi tại Phòng Nghiên Cứu Cavendish ở Cambridge. Tại nơi này, Bohr được Sir Joseph John Thomson hướng dẫn. Nhà bác học này là người đã khảo cứu tính chất điện từ của tia âm cực nên được giới Khoa học gọi là “cha đẻ của điện tử”. Tháng 3 năm 1912, Bohr chuyển sang trường Đại học Manchester và theo học nhà bác học Ernest Rutherford, nhờ vậy ông được làm quen với lý thuyết về cấu tạo nguyên tử.
Vào thời bấy giờ, Lord Rutherford đã cắt nghĩa nguyên tử bằng một hệ thống giống như thái dương hệ theo đó mọi nguyên tử có một nhân ở giữa mang điện dương và xoay quanh nhân này là các điện tử mang điện âm. Lý thuyết của Rutherford rất đúng nên nhờ đó, các nhà khoa học có thể cắt nghĩa được nhiều hiện tượng vật lý. Tuy nhiên, một trở ngại được nêu lên. Nếu có các điện tử xoay quanh nhân, thì chắc hẳn phải có sự phát ra ánh sáng và do đó, sinh ra sự co lại của các quỹ đạo khiến cho các điện tử này bị rơi vào nhân trong khi theo nhận xét, điều này là không xảy ra.
Các điều bí ẩn về nguyên tử khiến cho Niels Bohr suy nghĩ. Năm 1913, Bohr đi tới kết luận công nhận hình ảnh về nguyên tử của Rutherford nhưng ông đặt giả thuyết rằng các điện tử tuy xoay với vận tốc đều trên các quỹ đạo cố định chung quanh nhân, nhưng không phát ra ánh sáng và vì vậy, không bị kéo về phía nhân. Tại các quỹ đạo này, các điện tử ở trong tình trạng ổn định, nghĩa là năng lượng của chúng không bị thay đổi. Tuy nhiên, vì các hỗn loạn do bên ngoài gây nên, chẳng hạn như sự va chạm hay bức xạ, các điện tử sẽ bị dời chỗ tạm thời để rồi trở về quỹ đạo cũ bằng cách nhảy vọt và mỗi lúc nhảy vọt từ quỹ đạo ngoài vào quỹ đạo trong kế cận sẽ phát ra một quang tử và quang tử này tiêu biểu cho sự khác biệt về năng lượng giữa quỹ đạo bên ngoài vừa từ bỏ và quỹ đạo bên trong vừa chấp nhận. Như vậy ánh sáng chỉ được phát ra trong trường hợp này mà thôi.
Niels Bohr đã dùng kiểu mẫu nguyên tử của ông và lý thuyết về quang tử của Max Planck để tiên đoán về màu sắc, về chiều dài làn sóng và về các loại ánh sáng do các vật chất khác nhau phát ra. Các quan niệm về nguyên tử của Bohr đã giải thích được nhiều điều thắc mắc và đã khiến cho công việc khảo cứu nguyên tử đi được các bước thật dài. Niels Bohr làm việc cùng với Lord Rutherford cho tới năm 1916 rồi ông trở về Copenhagen để nhận chân giáo sư môn vật lý lý thuyết.
Ngay sau khi chiến tranh thế giới thứ nhất chấm dứt, Niels Bohr cho rằng công việc tìm kiếm, học hỏi về nguyên tử và nền vật lý hạch tâm (nuclear physics) cần tới một Viện nghiên cứu đặc biệt, không những có đầy đủ các dụng cụ, máy móc tối tân mà còn cần tập trung nhiều nhà vật lý trên khắp thế giới. Vì thế Bohr đã đề nghị kế hoạch này với trường đại học và chương trình của ông được chấp thuận. Thành phố Copenhagen đã tặng cho viện một khu đất rất rộng để xây dựng viện vật lý lý thuyết và viện này đã được khánh thành vào ngày 15 tháng 9 năm 1920.
Niels Bohr trở thành người đứng đầu viện. Đây là cơ sở nổi tiếng trên thế giới về nghiên cứu nguyên tử. Thời gian này, Bohr đã khám phá được nhiều định luật chi phối thế giới nguyên tử trong đó có nguyên tắc tương ứng và nguyên tắc bổ túc. Dưới sự hướng dẫn của Niels Bohr, Viện Vật lý lý thuyết đã lôi cuốn được rất nhiều nhà khoa học trẻ tuổi, xuất sắc tới nghiên cứu, học hỏi, trong số này có Wolfgang Pauli từ nước Áo, H.A. Kramers từ Hà Lan, Georg Charles von Hevesy từ Hungary, Oskar Klein từ Thụy Điển và hai năm sau, 1924, có Werner Heisenberg, John Slater và Paul Dirac cùng nhiều nhà vật lý khác.
Trong thập niên 1920, trường phái Vật lý Copenhagen đã tiến bộ rất đáng kể do các công trình nghiên cứu, chẳng hạn như lý thuyết về cơ học phương trận của Heisenberg, cơ học làn sóng của Schroedinger, lý thuyết tương đương của Max Born, Paul Dirac và P. Jordan, lý thuyết điện tử xoay tròn của Wolfgang Pauli, lý thuyết làn sóng của vật chất của Louis de Broglie..., tất cả đã được nghiên cứu và thảo luận sôi nổi tại viện của Bohr. Cũng vì thế, nhiều nhà vật lý đã gọi thập niên này là thời kỳ hào hùng của nền vật lý hạt tử vì đã có được sự cộng tác của cả một thế hệ các nhà khoa học lý thuyết tới từ nhiều quốc gia để nghiên cứu ngành cơ học hạt tử và ngành điện từ học.
Phần thưởng khoa học đầu tiên của Niels Bohr là huy chương Hughes do Hàn lâm viện Hoàng gia Anh trao tặng vào năm 1921. Lý thuyết nguyên tử của Bohr đã được nhiều nhà bác học thời đó chấp nhận dù lý thuyết này được ông đề cập tới 9 năm về trước, mãi tới năm 1922, Niels Bohr mới được trao tặng giải thưởng Nobel về Vật lý. Dù sao, Einstein đã nói về Niels Bohr như sau: “Không có ông Bohr, không biết các kiến thức về nguyên tử của chúng ta sẽ ra sao. Về phương diện cá nhân, Niels Bohr là một trong những người cộng sự đáng quý nhất mà tôi đã gặp. Ông phát biểu các ý tưởng của mình như một người đi dò dẫm và không bao giờ cho rằng mình có sẵn chân lý tuyệt đối”.
Mùa xuân năm 1939, Lise Meitner và Otto Frisch khi đó đang làm việc tại Viện Vật lý của Niels Bohr thì được đọc về các khám phá của vài nhà khoa học người Đức theo đó, người ta có thể phân tách nhân nguyên tử Uranium ra làm hai phần gần bằng nhau. Khi nhân nguyên tử bị chia tách như vậy, sẽ có một số năng lượng khủng khiếp thoát ra và điều này sẽ gây nên một hậu quả nghiêm trọng về quân sự.
Trong chuyến du hành sang Mỹ, Niels Bohr đã bàn luận về năng lượng nguyên tử với Einstein và với nhiều nhà bác học khác trong đó có cả Enrico Fermi, khi đó đang làm việc cho trường Đại học Columbia. Vào thời bấy giờ, chưa có nhà bác học nào biết rằng giữa hai chất Uranium 238 và Uranium 235 với lượng rất ít, chất Uranium nào đã bị phân hạch tâm để phát ra năng lượng lớn lao. Bohr cùng tiến sĩ John A. Wheeler nghiên cứu vấn đề này.
Niels Bohr và John Archibald Wheeler đặt giả thuyết không phải tất cả số lượng Uranium dùng làm mục tiêu, đã bị tách phân, mà chỉ có 1% bị nổ vỡ. Thực ra, chất Uranium thiên nhiên có 3 chất đồng vị: chất thứ nhất có trọng lượng nguyên tử là 238, chiếm 99.3% khối lượng, chất thứ hai có trọng lượng nguyên tử là 235, chỉ hợp thành 0.7% của khối lượng, và chất thứ ba là U-234, khối lượng không đáng kể. Niels Bohr và John Wheeler lý luận rằng chỉ lấy được phản ứng dây chuyền ở chất Uranium 235 nguyên chất, đồng thời đề nghị dùng neutron do Fermi tìm ra năm 1934 làm đạn bắn.
Sở dĩ phải dùng tới U-235 nguyên chất, vì nếu dùng neutron làm đạn bắn vào Uranium thiên nhiên, đôi khi nhân của U-235 bị vỡ, nhưng nhiều khi nhân của U-238 lại hút trước mất neutron. Nhân U-235 có đặc tính dễ bị neutron chậm bắn trúng, còn neutron nhanh lại dễ dàng trúng vào nhân U-238. Các phản ứng dây chuyền đã không xảy ra trước kia, vì khi dùng neutron chậm bắn vào chất Uranium thiên nhiên, một vài viên đạn đã trúng vào nhân U-235 và như vậy, làm văng ra các neutron khác, nhưng các đạn mới văng ra này lại bay quá mau, thành ra dễ nhắm vào nguyên tử U-238 và nguyên tử U-235 không bị nhắm bắn nữa.
Để thử nghiệm các ý tưởng của Bohr-Wheeler, người ta cần đến một lượng U-235, nhưng việc phân tách U-235 ra khỏi chất U-238 là một công việc cực kỳ khó khăn. Vào lúc bấy giờ tại trường Đại học Minesota, Alfred O. Nier đã thành công trong việc lấy được một lượng cực nhỏ chất U-235. Nier liền gửi lượng này cho Fermi tại trường Đại học Columbia. Fermi đã bắn lượng này và một lượng thứ hai chế tạo do phòng thí nghiệm General Electric, bằng neutrons chậm trong máy Cyclotron.
Như vậy, lý thuyết về nhân hỗn hợp của Bohr là một đóng góp to lớn vào nền vật lý, nhờ đó các nhà vật lý đã cắt nghĩa được tính phóng xạ, sự phát ra neutron và sự phân hạch tâm
Niels Bohr trở về Đan Mạch vào tháng 3 năm 1939 và làm việc tại Viện Vật lý Copenhagen. Ngày 01 tháng 9 năm 1939, Hitler cho quân tiến vào đất Ba Lan, chiến tranh thế giới thứ hai bùng nổ. Tháng 4 năm 1940, quân đội Đức tràn vào Đan Mạch và chiếm trọn xứ này trong vài giờ. Trong bốn năm liền, người Đức đã kêu gọi sự cộng tác của dân quân Đan Mạch nhưng không thành công. Các cuộc phá hoại và đột kích vẫn luôn xảy ra cho đến tháng 9 năm 1944, vua Đan Mạch bị bắt giam và quân đội Đan Mạch bị tước khí giới.
Khi chế độ Quốc xã đi tới giai đoạn tiêu diệt thẳng tay người Do Thái, nhờ sự giúp đỡ của dân Đan Mạch, 5000 trong số 6000 người Đan Mạch gốc Do thái đã được đưa lén qua Thụy Điển bằng những con thuyền nhỏ. Nhà bác học Niels Bohr vì có mẹ gốc Do Thái, cũng phải chạy trốn. Ông cùng vợ con xuống một con tàu đánh cá có tên là Sea Star, lánh nạn qua Thụy Điển vào tháng 9 năm 1943. Từ đây, Niels Bohr sang nước Anh bằng một máy bay oanh tạc của đồng minh rồi sau đó, ông sang Mỹ, làm việc với nhóm các nhà bác học chế tạo bom nguyên tử. Chính tại Trung tâm nghiên cứu nguyên tử Los Alamos thuộc tiểu bang New Mexico, Niels Bohr đã giữ chức vị cố vấn cao cấp nhất cho nhà bác học J. Robert Oppenheimer - giám đốc trung tâm.
Sau khi chiến tranh thế giới thứ hai chấm dứt, Niels Bohr trở lại Đan Mạch và làm việc tại Viện Vật lý cũ của ông. Ông là chủ tịch của Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Đan Mạch cho tới khi qua đời. Thời gian này có một giai thoại rất thú vị về ông.
Chuyện kể rằng năm 1943 Niels Bohr - nhà vật lý học người Đan Mạch, để thoát khỏi tay bọn Đức quốc xã, ông phải rời khỏi Copenhangen. Nhưng trong tay ông còn có hai huy chương Nobel bằng vàng của các bạn đồng nghiệp là James Franck (Mỹ) và Max Laue.
Không muốn liều mang các huy chương này theo mình, nhà bác học bèn hòa tan chúng trong nước cường toan (hỗn hợp của HNO3 và HCl) vào các chai “không có gì đáng chú ý” và đặt chúng vào một xó trên sàn nhà - nơi có nhiều chai lọ bụi bặm bám đầy.
Sau chiến tranh, khi trở lại phòng thí nghiệm của mình, trước tiên Bohr tìm cái chai quý báu đó và theo yêu cầu của ông, những người cộng sự đã tách vàng ra rồi làm lại hai tấm huy chương.
Đáp lại sự cảm kích của chủ nhân hai tấm huy chương, Niels Bohr chỉ nói: “Đơn giản là tôi ứng dụng hóa học mà thôi”.
Trong cuộc đời hoạt động của mình, Niels Bohr rất quan tâm đến hòa bình. Trước khi hai trái bom nguyên tử thả xuống đất Nhật năm 1945, Niels Bohr đã kêu gọi sự kiểm soát quốc tế về vũ khí và năng lượng nguyên tử nhưng không thành công.
Năm 1955, Hội nghị quốc tế nguyên tử phụng sự hòa bình lần đầu tiên được tổ chức tại Genevơ. Niels Bohr được bầu làm chủ tịch của Hội nghị. Ông cũng góp sức tạo nên Ủy ban Nghiên cứu nguyên tử của châu Âu. Tháng 8 năm 1957, phần thưởng Ford về Nguyên tử phụng sự hòa bình đã được trao cho ông.
Khi đã ngoài 70 tuổi, Niels Bohr chuyên tâm vào việc cổ động cho hòa bình. Niels Bohr qua đời ngày 18 tháng 11 năm 1962 tại nhà riêng ở Copenhagen.
Năm 1997, Hội nghị Quốc tế về Hóa học đã công bố rằng nguyên tố hóa học với nguyên tử số 107 sẽ có tên chính thức là “Bohrium” (Bh) để vinh danh nhà bác học Niels Bohr.
Niels Bohr là nhà bác học nhận được nhiều giải thưởng hơn bất cứ nhà khoa học nào khác. Các công trình của ông về cấu tạo nguyên tử và hạt nhân nguyên tử, về tương tác giữa các hạt và vật chất cũng có ý nghĩa rất lớn. Những suy nghĩ khôn ngoan về các nguyên lý cơ bản và mới của cơ học lượng tử, biến chúng thành tài sản quý giá là một công cụ đắc lực của khoa học.
Lý thuyết của Bohr là một trong những cuộc cách mạng dài trong vật lý. Nó cho thấy nguyên tử “sống” theo các định luật hoàn toàn không giống các định luật chi phối hành vi của các vật thể vĩ mô. Với thời gian, mô hình của Rutherford chỉ là sơ đồ gần đúng của nguyên tử thực. Các tiên đề lượng tử mà Bohr đã đoán nhận nhờ trực giác kỳ lạ của ông đã là nền tảng của vật lý lý thuyết. Einstein đã đánh giá Niels Bohr là một trong những nhà phát minh khoa học vĩ đại nhất thời hiện đại.