Je leest:

Bohr, Heisenberg en de bom

Bohr, Heisenberg en de bom

Auteur: | 13 september 2010

Niels Bohr en Werner Heisenberg waren twee briljante natuurkundigen, samen verantwoordelijk voor een aantal van de grootste doorbraken in de quantumfysica. De Tweede Wereldoorlog dreef een wig tussen de twee vrienden, en na een wandeling van tien minuten in 1941 was de vriendschap voorgoed bekoeld. Wat gebeurde er?

Göttingen, 1924. De gevierde natuurkundige Niels Bohr geeft een lezing aan een publiek van grotendeels Duitse toehoorders. Duitsland is verarmd en gehavend na de Eerste Wereldoorlog en de komst van de Deense Nobelprijswinnaar Bohr geeft de Duitse natuurkunde goede hoop voor de toekomst. Zijn lezing, over de structuur van atomen en hun straling, wordt ademloos gevolgd door de aanwezigen. Totdat een jongeman, Werner Heisenberg, opstaat en Bohr ervan beschuldigt dat zijn wiskunde niet deugt. De twee vertrekken later voor een lange wandeling naar buiten. Na afloop besluit Bohr dat hij in de jonge Heisenberg een nieuwe pupil heeft ontdekt. Heisenberg vertrekt van Göttingen naar Kopenhagen, waar Bohr een leerstoel bezet. In de jaren die volgen ontwikkelen de twee een uitleg van de quantumnatuurkunde. Hun werk zet de klassieke natuurkunde op zijn kop en luidt de periode in die we nu nog steeds de moderne natuurkunde noemen.

Niels Bohr (1885 – 1962)

Bohr werd geboren in een hecht, intellectueel en atheïstisch gezin in Kopenhagen. Hij ging studeren en trouwde met Margrethe Norlund, waarmee hij veel over zijn werk sprak en die zijn bevindingen uittypte. Bohr bleek een natuurkundig genie, en op 37-jarige leeftijd ontving hij al de Nobelprijs voor zijn onderzoek naar de structuur van atomen en de straling die ze uitzenden.

In de jaren ’20 werkte hij, met onder andere Werner Heisenberg, aan een nieuwe filosofische en wiskundige interpretatie van de quantummechanica. In die Kopenhaagse interpretatie werd voor het eerst aanvaard dat een deeltje twee elkaar uitsluitende toestanden tegelijk kan bezetten.

Omdat zijn moeder Joods was, vluchtte Bohr in de Tweede Wereldoorlog naar de Verenigde Staten. Daar werkte hij mee aan het beruchte Manhattanproject dat de atoombom ontwikkelde. Na de oorlog raakte hij politiek betrokken door zich uit te spreken voor meer openheid tussen Oost en West. Hij was één van de pioniers op het gebied van nucleaire geneeskunde: het behandelen van ziektes met radioactiviteit.

Na de glorieuze jaren ’20 aanvaardt Heisenberg een leerstoel in Leipzig, terug in zijn thuisland Duitsland. Bohr blijft in Denemarken. Het werk van de pioniers in de quantumnatuurkunde leidt tot nieuwe kennis over atomen, zoals de ontdekking van kernsplitsing. In 1932 ontvangt Heisenberg de Nobelprijs voor zijn werk aan de quantummechanica. In 1933 komt in Duitsland Adolf Hitler aan de macht.

Joodse natuurkunde

De opkomst van het Nazi-regime betekende een enorme neergang in de Duitse theoretische natuurkunde. Veel grote natuurkundigen, waaronder Albert Einstein, waren Joods of hadden niets op met het nieuwe bewind. De Nazi’s riepen Einsteins relativiteitstheorie uit tot ‘Joodse natuurkunde’ en verboden het onderricht erin. Als gevolg vluchtten veel Duitse natuurkundigen naar Engeland of naar de Verenigde Staten. Heisenberg bleef, maar maakte het zichzelf niet makkelijk door te weigeren op te houden met het onderwijs in de relativiteitstheorie. Hij belandde op een zwarte lijst en werd voor ondervraging binnengebracht door de SS. Daar redde hij zich blijkbaar goed uit, want hij behield zijn positie binnen de universiteit.

De Tweede Wereldoorlog stelde veel wetenschappers ongewild voor een lastige morele keuze. Tot dan toe was wetenschap een onschuldig iets, een mooie baan waarmee je de wereld kon verbeteren. Maar toen diezelfde wereld in oorlog ondergedompeld werd, werd ook aan natuurkundigen de vraag gesteld of ze hun steentje bij konden dragen aan de overwinning van hun vaderland. Het splitsen van het atoom was nieuwe kennis, in 1938 ontdekt en nog niet compleet begrepen. Dat er energie vrijkomt bij kernsplitsing was een feit, maar de meeste natuurkundigen geloofden niet dat je die energie in kunt zetten als wapen. Maar stukje bij beetje daagde het besef dat het misschien tóch kon: een bom die kernsplitsing als energiebron gebruikt. En wat doe je dan als je regering je vraagt hem te bouwen?

Niels Bohr hoefde zich over die vraag geen zorgen te maken. Denemarken was in 1940 één van de eerste west-Europese landen die door de Duitsers werden veroverd, dus de half-Joodse Bohr kon maar beter zo weinig mogelijk aandacht naar zich toe trekken. Heisenberg daarentegen werd door de Nazi’s aangewezen als projectleider bij de ontwikkeling van een Duits atoomwapen. Dat wapen is er niet gekomen, en wiens schuld dan wel verdienste dat is blijft één van de grootste raadsels uit de geschiedenis van de natuurkunde.

Werner Heisenberg (1901 – 1976)

De in Würzburg geboren Werner Heisenberg was een wiskundig genie. Op de middelbare school viel hij al op door zijn arbeidsmoraal en zijn harde werk. Hij promoveerde op 22-jarige leeftijd in de natuurkunde, met vloeistofstromen als onderwerp, en ging daarna bij Niels Bohr aan quantummechanica werken.

Zijn beroemdste werk is de onzekerheidsrelatie: in de quantumwereld is het onmogelijk om zowel de plaats van een deeltje als zijn snelheid precies te weten. Hij is ook verantwoordelijk voor een wiskundige beschrijving van het quantummechanische gedrag van deeltjes: de matrixmechanica. Die beshrijving is wiskundig erg ingewikkeld, en werd door veel andere natuurkundigen aan de kant gelegd toen Schrödinger met zijn veel eenvoudiger golfvergelijkingen kwam. Later zou blijken dat de uitleg van Heisenberg net zo waar is als die van Schrödinger: ze beschrijven het gedrag van deeltjes op twee manieren, die elkaar uitsluiten maar toch beide waar zijn.

Na de Tweede Wereldoorlog bestond twijfel over Heisenberg’s loyaliteiten tijdens de oorlog. Hij is altijd blijven volhouden dat hij alles heeft gedaan om ervoor te zorgen dat de Duitsers geen atoombom in handen kregen. Hoewel hij als professor in de natuurkunde bleef werken haalde zijn werk nooit meer de geniale kwaliteit die het in zijn jonge jaren had.

Een kort en ingrijpend gesprek

Kort nadat Denemarken in 1940 werd bezet door de Nazi’s, in september 1941, bezocht Werner Heisenberg de universiteit van Kopenhagen. Hij gaf er een lezing, maar gebruikte de gelegenheid ook om een bezoek te brengen aan zijn vriend en leermeester Niels Bohr. Heisenberg stond destijds onder toezicht van de SS, dus als hij iets gevaarlijks te zeggen had moest hij op zijn woorden letten. Tijdens het bezoek gingen Heisenberg en Bohr naar buiten om te wandelen. In plaats van een lang, vruchtbaar gesprek over de wetenschap gebeurde er tijdens die wandeling iets waarover wetenschapshistorici het nu nog niet eens kunnen worden. Na tien minuten keerden de heren terug, Niels Bohr boos en aangeslagen.

Wat was er gebeurd? Had Heisenberg, die voor de Duitsers onderzoek deed naar atoomwapens, aan Bohr verteld waar hij mee bezig was – misschien zelfs met enige trots? Had hij geïnformeerd naar de voortgang van de bouw van Amerikaanse atoomwapens? Bohr vertelde later dat hij geschokt was door het feit dat Heisenberg geen morele bezwaren leek te hebben tegen het meewerken aan een atoombom. Heisenberg zelf zegt juist dat hij er alles aan heeft gedaan om de bouw van zo’n bom te vertragen of zelfs onmogelijk te maken.

Hiroshima en Nagasaki

De Duitse atoombom kwam er niet. Bohr vluchtte in 1943 via Zweden naar de V.S., nadat was uitgelekt dat de Nazi’s Deense Joden zouden gaan deporteren. Daar werkte hij, ironisch genoeg, mee aan het Amerikaanse atoomprogramma dat wel zou uitmonden in de bouw van atoombommen. Die bommen zouden in Hiroshima en Nagasaki aan honderdduizenden onschuldige mensen het leven kosten. Heisenberg bleef tot aan het einde van de oorlog in Duitsland, waar hij probeerde om een energiecentrale op kernenergie te bouwen. Hij werd in 1945 door de Britten gearresteerd, en samen met een aantal andere vooraanstaande Duitse wetenschappers opgesloten in een landhuis bij Cambridge. Afluisteren door de geallieerden bracht aan het licht dat de Duitsers, onder Heisenberg’s leiding, niet dicht in de buurt van de bouw van een atoombom zijn geweest. Volgens Heisenberg kwam dat door een rekenfout: hij had de kritische massa die nodig is voor een atoombom te hoog ingeschat en daardoor altijd gedacht dat het onmogelijk was om er één te bouwen.

Het tien minuten durende gesprek tussen Bohr en Heisenberg is symbolisch voor de onmogelijke opgave waar natuurkundigen in de Tweede Wereldoorlog voor stonden. Kan je het voor jezelf wel goed praten om ergens aan te werken, als jouw werk de dood van onschuldige slachtoffers ten gevolge kan hebben? Als Heisenberg loog over zijn rekenfout en wel degelijk wist dat een kleine hoeveelheid verrijkt uranium al genoeg zou zijn voor een atoombom heeft hij wellicht verhinderd dat Europese of Amerikaanse steden werden gebombardeerd. De wetenschappers die in de V.S. de atoombom ontwikkelden hebben achteraf spijt betoond. Maar had de uitvinding van de atoombom wel voorkomen kunnen worden, of was het een natuurlijk effect van de ontdekking van kernsplijting?

Het gesprek is ook tekenend voor het feit dat zelfs exacte wetenschappers, die zich bezig houden met onomstotelijke waarheden, zichzelf soms gewetensvragen moeten stellen. De morele lading van de vraag en het mysterie eromheen waren voor journalist en schrijver Michael Frayn de aanleiding voor het schrijven van een toneelstuk erover, Copenhagen. In dit stuk kijken Heisenberg, Bohr en zijn vrouw Margrethe terug op de ontmoeting en ziet het publiek vier verschillende versies van wat er die dag gebeurd kan zijn. Elk hebben ze een ander resultaat tot gevolg, maar in geen van alle kon de uitvinding van de bom voorkomen worden.

Zie verder:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 13 september 2010

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.