Las primeras aportaciones relevantes de Bohr a la Física contemporánea
tuvieron lugar en 1913, cuando, para afrontar los problemas con que había
topado su maestro y amigo Rutherford, afirmó que los movimientos internos que
tienen lugar en el átomo están regidos por leyes particulares, ajenas a las de
la física tradicional. Al hilo de esta afirmación,
Bohr observó también que los electrones, cuando se hallan en ciertos estados
estacionarios, dejan de irradiar energía.
En realidad, Rutherford había vislumbrado un átomo de
hidrógeno conformado por un protón (es decir, una carga positiva central) y un
partícula negativa que giraría alrededor de dicho protón de un modo semejante
al desplazamiento descrito por los planetas en sus órbitas en torno al sol.
Pero esta teoría contravenía las leyes de la física tradicional, puesto que, a
tenor de lo conocido hasta entonces, una carga eléctrica en movimiento tenía
que irradiar energía, y, por lo tanto, el átomo no podría ser estable.
Niels Bohr aceptó, en parte, la teoría atómica de
Rutherford, pero la superó combinándolo con las teorías cuánticas de Max Planck
(1858-1947). En los tres artículos que publicó en el Philosophical Magazine en
1913, Bohr enunció cuatro postulados: 1) Un átomo posee un determinado número
de órbitas estacionarias, en las cuales los electrones no radian ni absorben
energía, aunque estén en movimiento. 2) El electrón gira alrededor de su núcleo
de tal forma que la fuerza centrífuga sirve para equilibrar con exactitud la
atracción electrostática de las cargas opuestas. 3) El momento angular del
electrón en un estado estacionario es un múltiplo de h / 2p (donde h es la
constante cuántica universal de Planck).
Según el cuarto postulado, cuando un electrón pasa de un estado
estacionario de más energía a otro de menos (y, por ende, más cercano al
núcleo), la variación de energía se emite en forma de un cuanto de radiación
electromagnética (es decir, un fotón). Y, a la inversa, un electrón sólo
interacciona con un fotón cuya energía le permita pasar de un estado estacionario
a otro de mayor energía.
Dicho de otro modo, la radiación o absorción de energía sólo
tiene lugar cuando un electrón pasa de una órbita de mayor (o menor) energía a
otra de menor (o mayor), que se encuentra más cercana (o alejada) respecto al
núcleo. La frecuencia f de la radiación emitida o absorbida viene determinada
por la relación: E1 - E2 = hf, donde E1 y E2 son las energías correspondientes
a las órbitas de tránsito del electrón. Merced a este último y más complejo
postulado, Bohr pudo explicar por qué, por ejemplo, los átomos de hidrógeno
ceden distintivas longitudes de onda de luz, que aparecen en el espectro del
hidrógeno como una distribución fija de líneas de luz conocida como serie de
Balmer.
En un principio, el modelo atómico propuesto por Bohr
desconcertó a la mayor parte de los científicos de todo el mundo. Su manera de
explicar la estructura de un átomo era hacer caso omiso (al menos en ciertas
partes pequeñas del átomo) de un principio aceptado de la física. La teoría
atómica de Bohr parecía casi un timo: inventar un modelo simplemente por el
hecho de que podría funcionar bien. Pero, a raíz de que su colega y maestro
Rutherford le felicitara efusivamente por estos postulados, numerosos investigadores
del Centro y el Norte de Europa comenzaron a interesarse por las ideas del
físico danés, y algunos de ellos, como los alemanes James Franck (1882-1964) y
Gustav Hertz (1887-1975), proporcionaron nuevos datos que confirmaban la
validez del modelo de Bohr.
La teoría atómica de Bohr se aplicó, en efecto, al estudio
del átomo de hidrógeno, aunque enseguida pudo generalizarse a otros elementos
superiores, gracias a la amplitud y el desarrollo que le proporcionó el trabajo
de Arnold Sommerfeld (1868-1951), que mejoró el modelo del danés para explicar
la estructura fina del espectro. De ahí que los postulados lanzados por Niels
Bohr en 1913 puedan considerarse como las bases en que se sustenta la física
nuclear contemporánea.
