尼尔斯·玻尔

氢原子的玻尔模型。一个带负电的电子被限制在原子轨道上绕着一个体积非常小的带正电的原子核转动。电子在轨道间跃迁时会放出或吸收一定量的电磁辐射。

20世紀初期，關於原子及分子模型构造的理论研究绝大部分是在英格兰完成的[28]。1911年，玻尔獲得了卡爾斯伯格基金會的獎學金，成為剑桥大学卡文迪许实验室博士後，跟隨实验室主任约瑟夫·汤姆孙进行研究。按照湯氏的建議，玻爾做了一些有关阴极射线的研究，但並未獲得實質結果。玻爾熟讀湯姆孙的著作，知道其計算在某處有瑕疵，並當面毫不諱言地指出了這些瑕疵。汤姆孙在物理学方面造诣颇深，并且在教育后进方面也是相当热忱，但忙于实验室的种种事务，因而无暇顾及玻爾的工作。而卡文迪许实验室一些看来较有突破性的研究計劃對於玻爾而言並不是那么有吸引力。[29][30]

1911年底，玻爾在曼彻斯特拜訪父親的友人時，遇到曼彻斯特维多利亚大学教授欧内斯特·卢瑟福。曼彻斯特维多利亚大学的物理系当时在諾貝爾獎得主卢瑟福的努力經營下已成為全世界一流的放射現象研究實驗中心。卢瑟福在那年年中提出了原子結構的卢瑟福模型，这一模型與汤姆孙1904年提出的梅子布丁模型相比有较大的改进。[31]玻爾透露很想去曼彻斯特维多利亚大学做博士后研究放射現象[32]，卢瑟福表示歡迎，但需要獲得汤姆孙的首肯。經過一系列程序後，玻爾於翌年年初轉到曼彻斯特维多利亚大学做博士后研究[32]。在那裏，他结识了乔治·德海韦西以及被他稱為“真正的达尔文子孙”的查尔斯·高尔顿·达尔文[33]。

1912年8月，玻尔与玛格丽特·内隆德在丹麦完婚。婚礼仪式后，二人环游英格兰和苏格兰度蜜月。回国后，玻尔受聘为哥本哈根大学的无俸讲师，讲授热力学。1913年7月，在马丁·克努森的引荐下，玻尔擢升为讲师。玻尔从那时开始負責給医学生講授物理。[34]同年，他的三篇著名论文[32]相继发表在 《哲学杂志》该年的7月号，9月号以及11月号上[35][36][37]。在這三篇後來被人們称為“三部曲”的論文中，玻尔将马克斯·普朗克所提出的量子理论运用于卢瑟福所提出的模型，构建了具有突破性的玻尔模型[36]。他在第一篇論文中利用玻爾模型分析了氫原子，在第二篇論文中論述了其它原子結構與週期表，在第三篇論文中探讨了分子結構[38]。

行星模型并不是一种新的构想，但玻尔为构造模型所提出的假设却可称承先啟後、充滿創意[39]。达尔文曾於1912年探讨電子在α粒子与原子核的相互作用中所扮演的角色[40]。玻尔以达尔文的理论为起点[41]。他进一步明确了原子外层的电子的运动特点，并提出每种元素化学性质在很大程度上取决于外层电子的数量[42]。他还引入一個重要概念，即电子自高能轨道躍遷到低能轨道的过程是以釋出能量量子的方式完成。这一点后来成为旧量子论的基礎。[43]

20世纪上半叶原子模型的演进，自左至右依次是：梅子布丁模型，卢瑟福模型，玻尔模型，电子云模型。

约翰·巴耳末於1885年提出描述氢原子光谱中可见光谱线的巴耳末公式：

${\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}=R_{\mathrm {H} }\left({\frac {1}{2^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right)\quad n=3,4,5,...}$

式中${\displaystyle {\lambda }}$是吸收或辐射出的光的波长，${\displaystyle R_{\mathrm {H} }}$为里德伯常数。[44]后来做實驗发现的谱线证实了这一公式。但在1885年后近三十年的时间裏，巴耳末公式一直只是一条唯象公式。并没有人能说清它的理论原理。玻尔在他的三部曲中的第一部曲裏，利用他的模型推導出里德伯常数：

${\displaystyle R_{Z}={2\pi ^{2}m_{e}Z^{2}e^{4} \over h^{3}}}$

式中${\displaystyle m_{e}}$为电子质量，${\displaystyle e}$为其所带电荷量，${\displaystyle h}$是普朗克常数，${\displaystyle Z}$为原子序数（对于氢原子来说，其则为1），${\displaystyle R_{1}}$就是里德伯常数。[45]

玻尔模型所面临的第一个考验是皮克林线系。这一线系的谱线波长并不符合巴耳末公式。当阿尔弗雷德·福勒向其提出这一问题时，玻尔给出的回应是这些谱线是由氦离子产生的，而非氢原子。玻尔模型适用于这种离子。[45]老一辈物理学家，像汤姆孙、瑞利勋爵以及亨德里克·洛伦兹，并不能接受玻尔的三部曲。但是新一代的物理学家，像卢瑟福、大卫·希尔伯特、阿尔伯特·爱因斯坦、马克斯·玻恩以及阿诺·索末菲，却将它们视为一项具有突破性的研究。[46][47]玻尔模型能解释当时其他模型所不能解释的现象，并且预测了一些之后透過实验证实的结果，因此之后得到科学界普遍接受[48]。它虽然现在已由其他模型取代，但仍是原子最为有名的理论模型之一，经常出现在中学教科书中[49]。

玻尔对于担任博士生讲师并不满意，这令他沒有足夠的時間與資源做研究。他打算接受卢瑟福的邀请，回到曼彻斯特填补达尔文留下的讲师职缺。他在向哥本哈根大学请假后，与弟弟哈拉尔德和姨母汉娜·阿德勒启程前往蒂罗尔度假。途中，他拜访了哥廷根大学及路德维希-马克西米利安-慕尼黑大学，在那里他结识了索末菲，并举行了關於三部曲的讨论班。當玻尔一行人在蒂罗尔度假时，第一次世界大战爆发，这使他们的归途变得异常艰难。1914年10月，玻尔与妻子玛格丽特动身前往英格兰。1916年7月，在接受哥本哈根大学特意为他设立的理论物理学教授职位後，玻尔回到丹麦。虽然他的讲师职位被同时撤消，但他仍需继续向医学生讲授物理。当时的丹麦国王克里斯蒂安十世按照傳統公开会见了正在履新的玻尔。在会见过程中，国王将玻爾误认为其胞弟，而玻尔则直言不讳地进行澄清。这并不符合与王室成员公开会谈时的规矩，所以当时的气氛因而略显尴尬。[50][51]

1917年4月，玻尔开始积极筹备组建理论物理研究所。他获得了丹麦政府、卡尔斯伯格基金会以及来自丹麦各行各业的私人捐助者的大力支持。有关筹建研究所的法案於1918年11月通过。研究所於1921年3月3日正式成立，并由玻尔担任主任。玻尔一家搬入研究所大樓的一楼裏居住。[52][53]位于哥本哈根的这座研究所是二十世纪二三十年代间量子力学及其相关课题研究者的活动中心。当时世界上大多数的知名物理学家都曾來此与玻尔共事过一段时间。早期来访者包括来自荷兰的汉斯·克拉默、瑞典的奥斯卡·克莱因、匈牙利的乔治·德海韦西、波兰的沃伊切赫·鲁比诺维奇以及挪威的斯韦恩·罗斯兰。他们与玻尔成为了知交，并认为他是一位能力出众的共事者[54][55]。克莱因和罗斯兰甚至在研究所正式开办前即發表了研究所的第一份报告。[53]

理论物理研究所（即现今的尼尔斯·玻尔研究所）

玻尔的模型對於氢原子相當適用，但对于结构更为复杂的原子则并不适用。1919年，玻尔開始舍弃了电子绕原子核做轨道运动的想法， 并使用启发法研究描述它们运动的方式。当时的化学家正苦于区分稀土元素，因为它们的化学性质非常相似。1924年，沃尔夫冈·泡利提出泡利不相容原理之後，这一问题有了重要进展。玻尔基于这一原理预言当时尚未发现的72号元素并非稀土元素，而是一种类锆元素。这一想法当即受到法国化学家乔治·佑尔班的質問。佑尔班当时声称已经发现了72号元素，并认为其为一种稀土元素。理论物理研究所的迪尔克·科斯特與德海韦西开始自行寻找72号元素以证明玻尔的想法是正确的。由于对于该元素的化学性质已有明確的预言，因而寻找该元素的难度并不像之前那么高。德海韦西等人试图在从哥本哈根矿物学博物馆得到的矿物样本中寻找这种类锆元素，并很快发现它的踪迹。他们将这元素命名为“铪”（拉丁語：）。这個名字源自哥本哈根的拉丁语名「Hafnia」。他们还发现铪元素比金元素分布得更广泛。[56][57]

1922年，玻尔以“對原子結構以及從原子發射出的輻射的研究”获诺贝尔物理学奖[58]。在获奖感言中，他詳述了当时旧量子论的原子结构和对应原理。对应原理闡明，在系统量子数非常大的情况下，对於系統的物理行為，利用量子理论所得到的結果應該与利用经典理论得到的结果非常近似[59]。

出席1927年第五次索尔维会议的物理学家合影。玻尔坐在中间一排的最右侧，旁边是马克斯·玻恩。

由阿瑟·康普顿在1923年发现的康普顿散射令当时大多数的物理学家相信光是由光子组成的，并且在电子和光子发生碰撞时，能量和动量守恒。1924年，玻尔與荷蘭籍的克拉默以及当时与他们共事的美国物理学家约翰·斯莱特三人提出了玻尔–克拉默–斯莱特理论（简称为BKS理论）。由于没有进行定量的理論論述，因此這理論不能被人們视为完整的物理理论，只能被視為一種研究計劃。BKS理论是量子力學史裏基于旧量子论的架構去理解物质与电磁辐射间相互作用的最后一次尝试。由於BKS理论維持對於自由輻射場的經典連續性描述，但必將光子这一概念会被拋棄。[60][61][62][lower-alpha 2]。BKS理论令旧量子论理论基础所存在的困難再度受到关注[64]。在BKS理论所主張的系统的能量与动量并不需要在每个相互作用中都守恒，它们只需在统计意义上总体守恒即可的論點，被瓦尔特·博特和汉斯·盖革隨後發表的实验结果所推翻[65]。得知结果后，他对达尔文说：“唯一能做的就是盡可能体面地埋葬我们為（物理学的）革命而付出的辛劳。”[66]

由乔治·乌伦贝克和萨穆埃尔·古德斯米特在1925年11月引入的自旋概念是量子力学发展史上的一座里程碑。他們猜想，電子会像太陽系中的行星那样，除了會遵循舊量子論環繞著原子核進行“公轉”以外，還會進行类经典的“自轉”。玻尔次月为庆祝亨德里克·洛伦兹获得博士学位50周年而去造访莱顿。当火车行至汉堡时，沃尔夫冈·泡利与奥托·斯特恩特來与他会面，並询问他对于自旋理论的看法。玻尔表示，這个猜想非常有意思。但存在一个問題：在原子核的電場中移動的電子怎麼會因為感受到磁場的作用而形成精細結構？在萊頓的火車站，玻尔遇到保罗·埃伦费斯特和爱因斯坦。埃伦费斯特告诉他，愛因斯坦已经利用相对论找到这问题的解答[lower-alpha 3]。離開萊頓後，玻爾在哥廷根火車站與海森堡、帕斯库尔·约当碰面，並告訴他們這個好消息。海森堡提到，他好像曾經聽到過类似論述，但他不記得具体是誰在甚麼時候給出這一論述的。回程時，在柏林火車站，玻爾又遇到特別從漢堡乘火車過來的泡利。他很想知道玻爾是否已經找到答案。玻爾告訴了泡利详情。但泡利却认为這是一個「新的哥本哈根異端」。返家後，玻爾寫信給埃伦费斯特表示，自己已成為“电子磁福音中的先知”了。[68]

海森堡於1924年首度來到哥本哈根，担任玻爾的研究助理。玻爾平时喜欢散步。玻爾時常會與海森堡在研究所附近找一個風景優美的鄉村，邊散步邊談話。他们不只談論物理，還談論幾乎任何其它事情。索末菲是具有傳統風格的德國教授，講究師生關係。與索末菲大不相同，玻爾很願意積極地與海森堡互相溝通。他觉得海森堡將會做出重大物理學貢獻。[69][70]次年6月，海森堡返回哥廷根。之后不久，他发展出量子力学的数学基础。当海森堡向玻恩展示这個结果时，玻恩意识到其以矩阵的形式表述最为合适。物理学家將量子力学的此一表述稱為矩陣力學。海森堡的研究結果引起了英国物理学家保罗·狄拉克的注意。不久後，他也獨立發展出另一版本的量子力學表述。[71]狄拉克於1926年9月拜訪哥本哈根，并在那裏逗留了6个月。玻爾偏好定性地論述，而狄拉克注重以方程式來論述。因此在學術方面，玻爾並沒有對狄拉克產生甚麼影響。同年，奥地利物理学家埃尔温·薛定谔尝试利用经典方式來詮釋量子力学，他找到描述微觀粒子物理行為的波動方程式，即著名的薛定諤方程式，并由此发展出量子力学的另一种表述，波動力學。这一工作令玻尔印象深刻。1926年，他邀請薛定諤来哥本哈根的丹麥物理協會演講。玻爾親自到火車站迎接薛定諤。在哥本哈根期間，玻爾與薛定諤熱烈地討論量子力學的各種論題，特別是在詮釋方面的論題。玻爾不能接受薛定諤以經典方式詮釋量子力學的嘗試，而薛定諤也不能接受量子跳躍與玻恩的統計詮釋。儘管如此，玻尔认为这种数学形式“清晰而简洁，与之前出现的量子力学表述形式相比，有了巨大进步”。[72]

玻尔與愛因斯坦在討論問題（厄倫菲斯特攝於在萊頓的家中）

克拉默1926年离开研究所，担任乌得勒支大学的理论物理学教授。玻尔邀请海森堡回来接替克拉默位置。[73]海森堡1926年至1927年担任哥本哈根大学讲师以及玻尔的助理。玻爾時常會在晚上八九點鐘時跑到海森堡的房間談論問題，一直談到三更半夜才罷休。有時，海森堡還會幫忙聽寫玻爾口述的論文或書信。[74]

愛因斯坦曾於1909年提出，在描述光的物理行為时，必須將其波動性與粒子性都納入考量。1923年，路易·德布羅意假定物質粒子也都具有波粒二象性，即具有波動和粒子的雙重性質。這一論述後來稱為德布罗意假说。1927年，戴維森－革末實驗证实了德布罗意假说。這一系列重要發展促使玻爾與海森堡聚焦研究波粒二象性，可是，由於其極具難度，儘管絞盡腦汁研究探索，他們仍舊無法找到正確解答。[75]1927年2月，玻尔在挪威疗养时構想出了互補原理[76]。這一原理闡明，基於不同的实验框架，事物会表现出像波粒二象性这样明显对立的雙重性质[77]。在同一段時期，海森堡也發展出不確定性原理。那年秋天，海森堡升遷為萊比錫大學的教授。從4月份開始，延續了一整個暑期，奧斯卡·克萊因負責聽寫玻爾口述與修改關於互補原理的論文。同年9月，在義大利科莫召開的伏打会议中，玻爾首次提出互補原理。[78]從量子力学的新概念所衍生的哲学问题引起了广泛的争论。尽管为量子力学贡献良多，爱因斯坦對於這些新概念还是提出了諸多批評。互補原理也不在例外。爱因斯坦与玻尔后来就这些问题进行了旷日持久的论争，直到爱因斯坦去世。[79]

嘉士伯酿酒厂的继承人卡尔·雅各布森於1914年将他的宅邸捐出，用作对科学、文学或是艺术做出最为杰出的贡献的丹麦人的荣誉居所（丹麥語：）。哈拉尔德·许夫定是第一位住户，并一直居住至1931年7月其去世。随后，丹麦皇家科学院决定让玻尔住入。1932年，他们一家搬到了那里。[80]1939年3月17日，玻尔當選丹麦皇家科学院院长[81]。

查爾斯‧艾里斯从1927年完成的β衰变實驗中獲得了總結性結果：從β衰变釋出的電子所擁有的能量呈連續性分佈。兩年後，玻尔在寫給拉爾夫·福勒的信中表示，由於能量守恒定律源自於經典物理，因此可能不適用於量子理論，所以他建議放棄能量守恒定律。但1930年由泡利提出的中微子假说以及1932年由詹姆斯·查兌克发现的中子给出了另外一種可能解释。後來，恩里科·費米提出的費米理論對於整個β衰变的物理機制給出解釋：中子衰變為質子、電子與微中子。自此，玻爾不再堅持β衰变違反能量守恒。但中微子非常难以探测。直到五十年代中期，克萊德·科溫和弗雷德里克·萊因斯才從核反應爐的產物觀測到它的蹤跡。[82]

從在曼彻斯特做博士后研究放射現象的時期開始，玻爾就對核子物理學情有獨鍾。1936年，在論文《中子俘獲與核子構造》裏，他提出复合核假说來解释原子核是如何俘获中子。之後數年，他與才華橫溢的助手弗里茨·凯尔卡尔（丹麥語：）合作對这模型進一步研究。他們認為，原子核的物理行為与液滴类似[lower-alpha 4]：液滴的表面波與體波可以用來描述原子核的集體運動，而複合核的分解可以用分子從液滴表面蒸發來解釋。但很可惜的是，凯尔卡尔在1938年因腦出血猝然逝去，年僅28歲。玻尔感到非常痛心。[84][85]

奥托·哈恩在1938年12月发现的核裂变现象。幾天後，莉泽·迈特纳與侄子奧托·弗里施對於這現象给出理论解释并进行了实验验证。這一發現引起了众多物理学家浓厚的兴趣。弗里施將這結果告訴玻爾，尋求他的意見。玻爾听到这个结果后表示同意，並且很驚奇為什麼自己先前沒有想到這結果。隔年1月，在第五届华盛顿理论物理学会议的開場演講之時，玻尔与费米共同發布了這消息，将这消息带到美国。[86][87]過了幾天，玻爾與朋友在普林斯頓大學吃早餐時，遇到乔治·普拉切克并向他说所有有關鈾後元素悬而未决的问题都已有解答。普拉切克回應，还有一个问题尚未解决：實驗顯示，鈾元素的中子俘獲在25eV出現共振，但是其核分裂在25eV並未出現共振，而是在10eV出現共振。玻尔一時無言以對，他立刻決定返回研究室仔細研究這問題。在幾分鐘路程中，他深深地思考這問題。抵達研究室後，他告诉普列切克，莱昂·罗森菲尔德及约翰·惠勒，他已经知道为什么了。[88][lower-alpha 5]玻尔和惠勒提出了一种理论处理方法，并于同年发表在论文《核裂变的机制》中[90]。翌年，约翰·邓宁通过实验证实了玻尔關於鈾元素和分裂的说法[86]。

海森堡与玻尔于1934年哥本哈根会议

玻尔意识到了利用铀-235制造原子弹的可能性，并在战争爆发不久后向英国与丹麦当局说明了这一点，但他当时并不相信以当时的技术能提纯出足够的铀-235[94][95]。1941年9月，已成为德国核武器开发计划首席科学家的海森堡拜访了身处哥本哈根的玻尔。在这次会面中，二人进行了一次私人谈话。但谈话的内容因来自各方大相径庭的描述而引起后世诸多的猜测。[96]。

在海森堡1957年写给当时正在编著《比一千个太阳更耀眼：原子科学家们的个人史》的罗伯特·容克的信中，他说当时拜访哥本哈根的用意是想告诉玻尔一些德国科学家有关原子彈的看法：只有在耗費巨大資源的前提下，才有可能製造出原子彈。在那時，德國科學家高估了需要耗費的資源，这使得双方的科学家成為影響未來原子彈發展的決定性因素，因為他們可以讓納粹政府知道原子彈可能來不及用在戰場。[97]然而，當海森堡透露這看法給玻爾知道時，玻爾感到無比震驚，玻爾以為海森堡想要將德國在製造原子彈上獲得重大成果的信息傳達給他。很可惜的是，海森堡無法澄清這誤解，他不能更直白地說出他心裡的話，因為納粹政府很可能會監聽到這些話，並且未來用為迫害他的不利證據；而玻爾已不再能夠信任他，玻爾懷疑他不是不誠實，就是被納粹政府利用了。很明顯地，這次會談並未達成海森堡的目的，海森堡很不滿意這次會談的效果。[98][99]

当玻尔读到这本书的丹麦语译本中的相关章节后，他起草一封致海森堡的信。在信裡，他讓海森堡知道，海森堡對於那次會談的記憶有誤，他又作出解釋，在會談時為什麼对海森堡的德国能获得战争胜利以及德國能發展出原子武器的看法保持沉默是金的態度，這是因為他們應被視為在一場戰爭中的對立雙方代表，海森堡可能是過度緊張，因此把他的沉默誤認為震驚，如果他曾經表現出任何震驚的行為，那可能是因為他聽到有關德國正在參與一場原子武器競賽的消息，而並不是因為海森堡表示原子彈是可以被製成的。这封信并没有寄出。[98][99]

迈克尔·弗莱恩在他1998年写的戏剧《哥本哈根》中探寻了海森堡与玻尔1941年的会面中可能发生了什么[100]。2002年，由英国广播公司制作的该剧的电视电影版9月26日首次登上荧屏。[101]

1943年9月，玻尔和他的弟弟哈拉尔德得到消息。由于他们的母亲埃伦·阿德勒·玻尔的犹太人出身，纳粹将他们一家认定为犹太人。他们因此面临被逮捕的危险。9月29日，丹麦抵抗组织帮助玻尔和他的妻子经海路逃至瑞典。[102][103]次日，玻尔力劝瑞典国王古斯塔夫五世公開瑞典为犹太流亡者提供政治避难的政策。1943年10月2日，瑞典政府通过广播宣布已经准备好提供政治避难。随后，丹麦国民开始自发进行大规模的丹麦犹太人拯救运动。一些历史学家认为玻尔的行动是大规模拯救运动的直接诱因，而另外一些历史学家则认为玻尔尽管已为丹麦犹太人做了他所能做的一切，但他的行为并非這大规模行动的决定性原因。[103][104][105][106]最终，七千余名丹麦犹太人逃到了瑞典[107]。

玻尔与詹姆斯·弗兰克、阿尔伯特·爱因斯坦及伊西多·拉比（自左至右）

当玻尔出逃的消息传到英国后，彻韦尔子爵向他发了份电报邀请他来英国[108]。玻尔乘英国海外航空所属的一架德哈维兰蚊式轰炸机10月6日抵达苏格兰。為了用于装载珍贵物资或是重要乘客，这种不带武装的高速轰炸机被改造为小型运输机，由于飞行速度较快以及飞行高度较高，儘管当时挪威已被德国占领，它能夠穿过挪威上空而不被德国战斗机骚扰。在飞机的炸弹舱置放了一個褥垫，玻尔躺在褥垫上度过了3个小时的飛行航程。[109]在飞行途中，由于飞行帽尺寸不合适，玻尔没有把飞行帽带上，因此没有听到飞行员指示把氧气面罩带上，这导致了飞机在飞经挪威上空時，由於爬升至較高的飛行高度，玻尔因高空缺氧而晕了过去。飞机飞到北海上空後，由於飞行高度略微下降，他才醒过来。[110][111][112]玻尔的儿子奥格一周后乘另一个航班抵达英国，并成为他的个人助理[113][114]。

玻尔受到了詹姆斯·查德威克以及韦弗利子爵的热情接待，但出于安全因素考量，玻尔并没有出现在公众视野里。他被安排住在圣詹姆斯宫的一个公寓裡。[115]并与合金管工程团队共事。玻尔惊讶于当时核武器的发展进度。[113][114]查德威克安排玻尔以合金管工程顾问的身份访问美国，奥格担任他的助手[116]。1943年12月8日，玻尔到达华盛顿。在那裡，他与主持曼哈顿计划的莱斯利·格罗夫斯中将进行了会面。随后他又拜访了当时身处普林斯顿高等研究院的爱因斯坦与泡利，并前往当时正负责核武器研发的洛斯阿拉莫斯国家实验室。[117]出于安全因素考量，官方为玻尔父子取了化名。玻尔的化名為尼古拉斯·贝克，他的儿子奥格的化名為詹姆斯·贝克。[118]

玻尔并没有留在洛斯阿拉莫斯。但在之后两年，他又多次访问那里。罗伯特·奥本海默称玻尔“对于那些年轻人来说就像是科学事业上的父亲一样”。这些年轻人中就包括物理学家理查德·费曼。[119]玻尔曾说：“他们在制作原子弹这件事上并不需要我的帮助。”[120]但奥本海默认为玻尔在调制中子起爆器的研制上做出了重要的贡献。奥本海默说：“这个装置一直是个难题。但1945年2月经玻尔说明后，一切就变得十分清楚了。”[119]

玻尔很早就意识到核武器会改变国际关系格局。1944年4月，他收到了彼得·卡皮察的来信。这封信是在玻尔还在瑞典时写的。信中卡皮察邀请玻尔到苏联来，并告知玻尔苏联已经意识到了英美的核计划并力争赶上两国的进度。玻尔在给卡皮查的回信中不置可否，并在寄出前交给英国当局审阅。[121]1944年5月16日，玻尔面见温斯顿·丘吉尔，却发现与他意见迥异[122]。丘吉尔并不赞同将核计划向苏联公开的想法。他在一封信中写道：“玻尔的活动应该受到限制，否则他很快就要到道德犯罪的边缘了。”[123][124]

奥本海默建议玻尔面见富兰克林·罗斯福总统，说服他与苏联共享曼哈顿计划以加快研发进度。玻尔的朋友，时任美国最高法院大法官的费利克斯·弗兰克福特将玻尔的意见告知总统。罗斯福1944年8月26日会见了玻尔，并建议他回英国，尝试去说服英国当局。[125][126]当丘吉尔和罗斯福1944年9月19日在海德公园会面时，决定不将核计划公之于众。而在他们谈话的备忘录中，还附加了这样的条款：“应该对玻尔教授的行动加以关注，并确保他能承担不泄密的责任，特别是对俄国人。”[127]

1950年6月，玻尔在写给联合国的一封公开信中呼吁国际社会就和平利用核能进行合作[128][129][130][131]。1950年代，在苏联进行第一次核试验后，在国际原子能机构所採納的防止核武器擴散措施中可以找到玻爾的一些點子[132]。1957年，玻尔获得了首次颁发的原子和平奖[133]。