Tekst: Sigbjørn Grønås, Geofysisk Institutt, UiB og Bjerknessenteret
Sin embetseksamen tok Vilhelm Bjerknes ved Universitetet i Kristiania i 1888, studerte matematikk og fysikk i Paris og Bonn og tok doktorgraden på elektromagnetiske bølger i Kristiania 1892. Året etter ble han ansatt som lektor i matematisk fysikk ved Stockholms Høgskola. Her ble han utnevnt til professor i samme fag i 1895.
Senere ble han professor ved Universitetet i Kristiania, professor og leder for Institutt for geofysikk ved Universitetet i Leipzig, professor i geofysikk ved Geofysisk institutt ved Bergen Museum og fra 1926-1932 var han tilbake som professor i mekanikk og matematisk fysikk ved Universitetet i Oslo.
Fra 1898 ble Bjerknes navn knyttet til et sirkulasjonsteorem som kan forklare hvordan sirkulasjoner i atmosfære og hav oppstår og dør ut. Med dette knyttet han sammen fagfeltene hydro- og termodynamikk. Vilhelm Bjerknes regnes derfor som far for fagfeltet numerisk værvarsling som i dag danner grunnlaget for all værvarsling.
Med sin forskning bygde han opp fagfeltet dynamisk meteorologi, blant annet gjennom en rekke lærebøker han skrev sammen med sine assistenter. Gjennom Bergensskolen i meteorologi fra 1917-1926 fornyet han praktisk værvarsling med metoder som siden ble anvendt over hele verden. Han nådde sitt mål om å gjøre meteorologi til en eksakt vitenskap på linje med fysikk.
Han inspirerte sine mange assistenter, slik som Jack Bjerknes, Halvor Solberg, Tor Bergeron, Carl Gustaf Rossby, Svein Rosseland, Harald Ulrik Sverdrup, Einar Høiland og Carl L. Godske.
Æret sin professorfar
Sitt fundament i fysikk fikk Bjerknes da han som tenåring gjorde eksperimenter i hydrodynamikk under ledelse av sin far, Carl Anton Bjerknes, professor i matematikk og fysikk ved Universitetet i Kristiania. Før Einstein var Leonhard Euler's hypotese om et verdensrom fylt av et gasslignende stoff – eter – den rådende. En trodde at eteren kunne overføre forskjellige slags forstyrrelser fra et legeme til et annet. Carl Anton Bjerknes var tilhenger av denne teorien og prøvde å bevise eterens eksistens og å forklare begrepet gravitasjon.
Etter doktorgraden, da Vilhelm arbeidet i Stockholm, tok han opp igjen sin fars ideer. Disse anstrengelsene ble til sist publisert i to bind han skrev for å ære sin far, som døde i 1903. I sin søken etter et mer generelt bevis for eksistensen av eter, prøvde Vilhelm å erstatte de faste legemene med væskepartikler med forskjellig tetthet. Han måtte da utvikle ligningene for bevegelse i væsker med tetthet som varierer, såkalte barokline væsker, i motsetning til barotrope væsker, der tettheten er konstant.
I 1897 formulerte Bjerknes sitt berømte sirkulasjonsteorem i forelesninger til sine studenter. Det uttrykker at langs en lukket kurve med partikler i en baroklin væske, kan sirkulasjonen endres ved termodynamisk påvirkning. Fra et matematisk synspunkt kan resultatet betraktes som en generalisering av Kelvins teorem.
Gjorde værvarsling til en vitenskap
Bjerknes anvendte sitt teorem for atmosfæren og funderte på hvordan været kunne varsles ut fra fysiske prinsipper. I 1904 publiserte han en kort artikkel med et teoretisk og praktisk program for vitenskapelig værvarsling. Han innså at problemet med å beregne en prognose for været var en umåtelig stor regneoppgave. Likevel, hans tro på teknisk og vitenskapelig framgang var enorm.
I 1913 sa han i en tale i Leipzig:
«Vi må utnytte ligningene i den teoretiske fysikk, ikke bare for ideelle tilfeller, men for aktuelle tilstander i atmosfæren slik de er vist i moderne observasjoner.»
Han var selv overbevist om at problemene kunne løses og sa i samme tale: «Det kan ta år å borre en tunnel gjennom et fjell. Mang en arbeider vil ikke leve for å oppleve gjennombruddet. Likevel, det vil ikke hindre andre fra senere å reise gjennom tunnelen med ekspressfart.»
Fra 1905, da Bjerknes for nesten resten av livet fikk en årlig støtte fra Carnegie-institusjonen i Washington for å lønne assistenter, arbeidet Bjerknes systematisk for å virkeliggjøre sitt program fra 1904. Sammen med sine assistenter utviklet Vilhelm Bjerknes værvarsling fra en tilfeldig misære til en handling basert på vitenskapelige metoder fra fysikkens lover.
Han startet et møysommelig arbeid med å utvikle en lære for atmosfærens dynamikk. Mange publikasjoner ble skrevet, og de to bindene «Dynamic meteorologi and hydrologi» av Bjerknes og forskjellige medarbeidere i 1910-11 ga en samlet oversikt over resultatene inntil da. I 1933 kom «Physikalische Hydrodynamikk mit Anwendungen auf die dynamische Meteorologie». Året etter ble boka publisert på fransk i Paris.
Flyttet til Bergen under første verdenskrig
Arbeidsforholdene ble vanskelige i Leipzig under første verdenskrig og Bjerknes ble kalt til Bergen etter innsats fra Fridtjof Nansen og Bergens borgere. Her ble forskningen kronet med Bergensskolen i meteorologi, en forskningsinnsats som oppdaget fronter som konvergenslinjer ved jordens overflate, polarfronten og dannelse av lavtrykk på polarfronten, hvor små forstyrrelser kunne vokse til et modent såkalt utenomtropisk lavtrykk ved bølgebryting.
I tillegg innførte de begrepet luftmasse og innførte ulike luftmasser med karakteristiske egenskaper. Bergensskolen fornyet værvarslingen over hele verden. Sine siste arbeidsår hadde Bjerknes i Oslo, der en mer teoretisk Osloskole ble opprettet med Einar Høiland som leder.
Bjerknes ble svært mange ganger nominert til Nobelprisen i fysikk. Ironisk nok, det sentrale argumentet mot han var at hans arbeid ikke representerte en eksakt vitenskap.
Opprettelsen av Bjerknessenteret for klimaforskning i Bergen med status som senter for fremragende forskning, bidrar til å ære hans minne.
Mer om Bjerknes og hans arbeid:
Recapitulation of the Research Leading to the Treatise on “Physical Hydrodynamics with Applications to Dynamical Meteorology” as recorded by V. Bjerknes, 1933 (pdf).