Niels Bohr

The Quantum Postulate and the Recent Development of Atomic Theory 1

IN connexion with the discussion of the physical interpretation of the quantum theoretical methods developed during recent years, I should like to make the following general remarks regarding the principles underlying the description of atomic phenomena, which I hope may help to harmonise the different views, apparently so divergent, concerning this subject.

On the Constitution of Atoms and Molecules

In order to explain the results of experiments on scattering of α rays by matter Prof. Rutherford1 has given a theory of the structure of atoms. According to this theory, the atoms consist of a positively charged nucleus surrounded by a system of electrons kept together by attractive forces from the nucleus; the total negative charge of the electrons is equal to the positive charge of the nucleus. Further, the nucleus is assumed to be the seat of the essential part of the mass of the atom, and to have linear dimensions exceedingly small compared with the linear dimensions of the whole atom. The number of electrons in an atom is deduced to be approximately equal to half the atomic weight. Great interest is to be attributed to this atom-model; for, as Rutherford has shown, the assumption of the existence of nuclei, as those in question, seems to be necessary in order to account for the results of the experiments on large angle scattering of the α rays.2

VI - Discussion with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics

“Albert Einstein: Philosopher–Scientist” (ed. P.A. Schilpp), The Library of Living Philosophers, Vol. VII, Evanston, Illinois 1949, pp. 201–241

Neutron Capture and Nuclear Constitution

AMONG the properties of atomic nuclei disclosed by the fundamental researches of Lord Rutherford and his followers on artificial nuclear transmutations, one of the most striking is the extraordinary tendency of such nuclei to react with each other as soon as direct contact is established. In fact, almost any type of nuclear reactions consistent with energy conservation seems likely to occur in close nuclear collisions. In collisions between charged particles and nuclei, contact is, of course, often prevented or made less probable by the mutual electric repulsion; and the typical features of nuclear reactions are therefore perhaps most clearly shown by neutron impacts. Already in his original work on the properties of high-speed neutrons Chadwick recognised their great effectiveness in producing nuclear transmutations1. Especially after the discovery of artificial radioactivity by Mme and M. Joliot-Curie, most instructive evidence regarding nuclear reactions has been obtained through the researches of Fermi and his collaborators on radioactivity produced by bombardment with high-speed neutrons as well as with neutrons of thermal velocities2.

Causality and Complementarity

N SEVERAL occasions2 I have pointed out that the lesson taught us by recent developments in physics regarding the necessity of a constant extension of the frame of concepts appropriate for the classification of new experiences leads us to a general epistemological attitude which might help us to avoid apparent conceptual difficulties in other fields of science as well. Since, however, the opinion has been expressed from various sides that this attitude would appear to involve a mysticism incompatible with the true spirit of science, I am very glad to use the present opportunity of addressing this assembly of scientists working in quite different fields but united in their striving to find a common ground for our knowledge, to come back to this question, and above all to try to clear up the misunderstandings which have arisen. Before entering into the problems to be discussed, I need recall only briefly how often the development of physics has taught us that a consistent application even of the most elementary concepts indispensable for the description of our daily experience, is based on assumptions initially unnoticed, the explicit consideration of which is, however,

Das Quantenpostulat und die neuere Entwicklung der Atomistik

Obwohl es mir grose Freude macht, der freundlichen Einladung des Kongresprasidiums zu folgen und eine Ubersicht uber den jetzigen Staiid der Quantentheorie zu geben, um dadurch eine Diskussion uber diesen Gegenstand zu eroffnen, der zur Zeit eine so zentrale Stellung in der Physik einnimmt, gehe ich doch nur mit grosen Bedenken an diese Aufgabe heran. Nicht nur ist der ehrwurdige Schopfer der Theorie selber anwesend, sondern unter den Zuhorern werden verschiedene da sein, die auf Grund ihrer Teilnahme an der wunderbaren Entwicklung der letzten Zeit sicher mit gewissen Seiten des hochentwickelten mathematischen Formalismus besser vertraut sein werden als ich. Durch einfache Betrachtungen und ohne auf Einzelheiten von speziellem mathematischen Charakter einzugehen, werde ich jedoch versuchen, eine gewisse allgemeine Einstellung zu beschreiben, die, wie ich glaube, geeignet sein wird, die Richtlinien zu beleuchten, nach denen sich die Theorie von Anfang an entwickelt hat, und die hoffentlich dazu beitragen kann, eine Versohnung der scheinbar sich widersprechenden Auffassungen verschiedener Physiker herbeizubringen. Die Quantentheorie durfte besser als irgendeine andere physikalische Theorie dazu geeignet sein, die Entwicklung der Physik in dem Jahrhundert zu kennzeichnen, das seit dem Tode des grosen Mannes, dessen Werk wir heute ehren, verflossen ist. Gleichzeitig haben wir gerade auf einem solchen Felde, wo wir auf neuen Wegen gehen und unserm eigenen Urteil trauen mussen, um den Fallgruben ringsum zu entgehen, vielleicht groseren Anlas als je, der bahnbrechenden Arbeiten der alten Meister, die uns unser Werkzeug schufen, dankbar zu gedenken.

Über die Quantentheorie der Strahlung

ZusammenfassungOhne von dem klassischen Gesetz der Strahlungsfortpflanzung im leeren Raum abzuweichen, wird in der Arbeit versucht, eine sinngemäße Beschreibung der optischen Phänomene in enger Verbindung mit der quantentheoretischen Deutung der Spektren zu erzielen. Dabei werden die kontinuierlichen Strahlungserscheinungen mit den diskontinuierlichen Atomprozessen durch Wahrscheinlichkeitsgesetze nach dem Vorgang von Einstein verbunden. Unter Heranziehung virtueller Oszillatoren, die nach dem Korrespondenzprinzip den diskontinuierlicher. Prozessen zugeordnet werden können, werden jedoch diese Gesetze in einer etwas anderen Weise gedeutet, als es gewöhnlich geschieht.

Quantum Physics and Philosophy–Causality and Complementarity

“Philosophy in the Mid-Century, A Survey” (ed. R. Klibansky), La nuova Italia editrice, Firenze 1958, pp. 308–314

Licht und Leben

Als Physiker, dessen Arbeit sich auf die Erforschung der Eigenschaften der leblosen Materie beschr~nkt, habe ich nu t mit groBem Bedenken die freundliche Aufforderung angenommen, vor dieser Versammlung yon Wissenschaftlern, die sich hier zur F6rderung nnserer Kenntnis fiber die heilbringende Wirkung des Lichtes vereinigt haben, zu sprechen. AuBerstande, zu diesem ffir das Wohl der Menschheit so bedeutungsvollen Zweige der %Vissenschaft einen Beitrag zu liefern, mfiBte ich mich jedenfal ls darauf beschr~nken, einige Bemerkungen fiber die rein unorganischen Lichtph~nomene zu machen, die zu allen Zeiten die besondere Aufmerksamkeit der Physiker ant sich gezogen haben, nicht zuleizt deshalb, weil das Licht unser wichtigstes BeobaehtungsmitteI ist. Indessen habe ich gedacht, dab es bet dieser Gelegenheit ~delleicht yon Interesse sein k6nnte, in Verbindung mit einigen solchen Bemerkungen auf das Problem einzugehen, welche Bedeutung die auf dem engeren Gebiet der Physik erreichten Resnltate ftir unsere Anschauung fiber die Stellung der lebenden Organismen in dem Geb~ude der Naturwissenschaften haben dfirften. Trotz der Unersch6pflichkeit der Lebensr~tsel hat sich diese Frage in jeder Entwicklungsstufe der Wissensehaft erhoben, da ja eine wissenschaftliche ErklArung ihrem Wesen nach in der Zurfickffihrung verwickelterer Sachverhatte ant einfachere besteht. Im Augenbtick hat indessen die alte Frage neues Interesse erhalten dutch die unerwartete Belehrung fiber die Begrenztheit der mechanischen Naturbeschreibung, die uns die jfingste Ent ~4eldung der Atomtheorie gegeben hat. Die erste Erkenntnis dieser Begrenzung wurde eben durch die n~there Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Licht und materiellen K6rpern gewonnen, die gewJsse Zfige bet den Lichtph~nomenen oftenbart hat, welche mit den bisher an eine physikalische Erkl~rung gestellten Forderungen unvereinbar sind. Wie ich versuchen werde zu zeigen, ~hneln die Bestrebungen der Physiker, diese Situation zu meistern, in gewisser Weise der Einstellung, die die B i o l o g e n mehr oder weniger in tui t i~ -gegenfiber den Fragen des

Zur Polarisation des Fluorescenzlichtes

t3ekanntlich haben WOOD und t~LLET.T I) vo r kurzem die bedeutungsvolle Beobachtung gemacht, dab das VOlt Quecksilberdampf ausgesandte Thlorescenzlieht, wenn es dutch linear polarisiertes Licht hervorgerufen wird, unter Umst~nden einen hohen Grad yon Polarisation aufweisen kann. Diese Polarisationserscheinung wird abet schon durch die Anwesenheit sehr schwacher Magnetfelder stark beeinfluBt in einer Weise, die yon der Richtung des Fetdes sowie yon der Beobachtungsriehtung wesentlich abh~ngt. Diese interessanten Ergebnisse sind neuerdings in einer Anzahl yon Publikationen ~) diskutiert worden. Einerseits st immen alle Autoren darin flberein, dab s~mtliche wesentlichen Zfige der Flnorescenzerscheinungen im Magnetfeld sich zwanglos dutch Vergleieh mit dem Zeemaneffekte der betreffenden Quecksilberlinie erkI~ren lassen, und es kommt bei dieser Er!d~rung der grunds~tzliche Unterschied zwischen der klassischen Strahlungstheorie und der quantentheoretischen Deutung der Spektren nicht wesentlich in Betracht. Andererseits heben die genannten Autoren die Schwierigkeit hervor, die scheinbar darin liegt, dab die Polarisation bei Abwesenheit vom NIagnetfeld viel starker ist, als es etwa einem Mittelweft der Polarisation ffir betiebige Feldrichtungen entsprechen wfirde. Dieser Umstand finder wotfl eine einfacile Analogiein der klassischen Strahlungstheorie, wenn man annimmt, dab die Aussendung einer Spektraltinie yon einem isotrop elastiseh gebundenen Elektron herrfihrt; sie scheint aber im ersten Augenblick unvereinbar mit den Annahmen der Quantentheorie, die eine enge Verbindung der Spektratgesetze mit den Vorstellungen vom Atomban erm6glicht haben. Im folgenden m6ehte ich versuchen zu zeigen, dab die erw~hnte scheinbare Schwierigkeit doch eine sinngem~Be Erkl~rung erhalten kann in direkter Anlehnung an die Prinzipien, die der quantentheoretischen Deutung der Spektren zugrunde liegen *).