Niels Bohr. Biographie d'un scientifique

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Niels Bohr (1885-1962).

Einstein a dit un jour : "Ce qui est étonnamment attrayant chez Bohr en tant que scientifique pensant, c'est une rare fusion de courage et de prudence ; peu de gens avaient une telle capacité à saisir intuitivement l'essence des choses cachées, en combinant cela avec une critique acerbe. Il est sans aucun doute l'un des plus grands esprits scientifiques de notre époque."

Le physicien danois Niels Henrik David Bohr est né le 7 octobre 1885 à Copenhague en tant que deuxième des trois enfants de Christian Bohr et Ellen (née Adler) Bohr. Son père était un professeur renommé de physiologie à l'Université de Copenhague ; sa mère est issue d'une famille juive bien connue dans les milieux bancaires, politiques et intellectuels. Leur maison était le centre de discussions très animées sur des questions scientifiques et philosophiques brûlantes, et tout au long de sa vie, Bohr réfléchit aux implications philosophiques de son travail. Il étudie à la Gammelholm Grammar School de Copenhague et obtient son diplôme en 1903. Bohr et son frère Harald, qui est devenu un mathématicien célèbre, étaient des joueurs de football passionnés pendant leurs années d'école; Plus tard, Nils aimait le ski et la voile.

Au cours de ces années, Harald était beaucoup plus célèbre que Niels, mais pas tant en tant que scientifique talentueux, mais en tant que l'un des meilleurs joueurs de football du Danemark. Pendant plusieurs années, il a joué comme demi-arrière dans les équipes des ligues majeures et, en 1908, il a participé aux Jeux olympiques de Londres, où le Danemark a remporté la médaille d'argent. Nils était aussi un footballeur passionné, mais il ne s'est jamais élevé au-dessus du gardien de but de réserve d'une équipe de ligue majeure, bien qu'il n'ait joué ce rôle que dans de très rares matchs.

"Niels, bien sûr, a bien joué, mais il était souvent en retard pour sortir de la porte", a plaisanté Harald.

Si à l'école Niels Bohr était généralement considéré comme un étudiant aux capacités ordinaires, à l'Université de Copenhague, son talent l'a très vite fait parler de lui. En décembre 1904, Helga Lund écrivit à son amie norvégienne :

"Au fait, à propos des génies. J'en rencontre un tous les jours. C'est Niels Bohr, dont je vous ai déjà parlé; ses capacités extraordinaires se manifestent de plus en plus. C'est la personne la meilleure et la plus modeste du monde. Il a un frère Harald, il est presque aussi doué et est étudiant en maths. Je n'ai jamais rencontré deux personnes aussi inséparables et qui s'aiment. Ils sont très jeunes, l'un a 17 ans, l'autre 19 ans, mais je préfère ne parler que à eux, parce qu'ils sont très agréables."

Niels était en effet reconnu comme un chercheur exceptionnellement compétent. Son projet de fin d'études, dans lequel il a déterminé la tension superficielle de l'eau à partir de la vibration d'un jet d'eau, lui a valu une médaille d'or de l'Académie royale des sciences du Danemark. En 1907, il devient célibataire. Il a obtenu sa maîtrise à l'Université de Copenhague en 1909. Sa thèse de doctorat sur la théorie des électrons dans les métaux était considérée comme une étude théorique magistrale. Entre autres choses, il a révélé l'incapacité de l'électrodynamique classique à expliquer les phénomènes magnétiques dans les métaux. Cette étude a aidé Bohr à réaliser à un stade précoce de sa carrière scientifique que la théorie classique ne pouvait pas entièrement décrire le comportement des électrons.

Après avoir obtenu son doctorat en 1911, Bohr est allé à l'Université de Cambridge, en Angleterre, pour travailler avec J. J. Thomson, qui avait découvert l'électron en 1897. Certes, à cette époque, Thomson avait déjà commencé à traiter d'autres sujets et il montrait peu d'intérêt pour la thèse de Bohr et les conclusions qu'elle contenait.

Bohr a d'abord souffert d'un manque de connaissance de la langue anglaise et donc, dès son arrivée en Angleterre, il a commencé à lire David Copperfield dans l'original. Avec sa patience habituelle, il chercha dans le dictionnaire chaque mot dont il doutait de l'équivalent danois, et surtout à cet effet il s'acheta un dictionnaire, qui lui servit dans tous les cas douteux. Bor ne s'est pas séparé de ce dictionnaire rouge toute sa vie plus tard.

Bientôt, la vie de Bohr prit un tournant décisif : en octobre, lors du dîner de célébration annuel au Cavendish Laboratory, il vit pour la première fois Ernest Rutherford. Bien que Bohr ne l'ait pas rencontré personnellement à cette époque, Rutherford lui a fait une forte impression. Bohr s'est intéressé aux travaux d'Ernest Rutherford à l'Université de Manchester. Rutherford et ses collègues ont étudié la radioactivité des éléments et la structure de l'atome. Bohr a déménagé à Manchester pendant quelques mois au début de 1912 et s'est plongé vigoureusement dans ces études. Il a déduit de nombreuses conséquences du modèle nucléaire de l'atome de Rutherford, qui n'a pas encore été largement accepté. Lors de discussions avec Rutherford et d'autres scientifiques, Bohr a élaboré les idées qui l'ont amené à créer son propre modèle de la structure de l'atome.

En 1910, Niels rencontre Margarethe Nerlund, sœur de Niels Erik Nerlund, camarade Harald Bohr et fille du pharmacien Alfred Nerlund de Slagels. En 1911, leurs fiançailles ont lieu. À l'été 1912, Bohr retourna à Copenhague et devint professeur adjoint à l'Université de Copenhague. Le 1er août de la même année, quatre jours après le retour de Bohr de son premier court voyage d'étude à Rutherford, il épousa Margaret. Leur lune de miel les emmène en Angleterre où, après un séjour d'une semaine à Cambridge, le jeune couple rend visite à Rutherford. Niels Bohr lui a laissé ses travaux sur la décélération des particules alpha, commencés peu avant de rentrer chez eux.

Le mariage de Niels Bohr avec Margaret Nerlund leur a apporté à tous les deux un vrai bonheur - ils comptaient tellement l'un pour l'autre. Margaret Bohr est devenue un soutien authentique et indispensable pour son mari, non seulement en raison de la force de son caractère, de son intelligence et de sa connaissance de la vie, mais surtout grâce à son dévouement sans bornes. Ils eurent six fils, dont l'un, Aage Bohr, devint également un célèbre physicien.

L'autre fils de Bor, Hans, écrivit plus tard :

"... Il est impossible de ne pas noter le rôle que jouait la mère dans notre famille. Son opinion était décisive pour son père, sa vie était sa vie. Dans tous les cas - petits ou grands - elle a participé et, bien sûr, a été la le conseiller le plus proche de son père, si nécessaire, prendre une décision."

Au cours des deux années suivantes, Bohr a continué à travailler sur les problèmes liés au modèle nucléaire de l'atome. Rutherford a suggéré que l'atome se compose d'un noyau chargé positivement autour duquel des électrons chargés négativement tournent sur des orbites. Selon l'électrodynamique classique, un électron en orbite doit constamment perdre de l'énergie. Progressivement, l'électron devrait tourner en spirale vers le noyau et, à la fin, tomber dessus, ce qui conduirait à la destruction de l'atome. En fait, les atomes sont très stables, et il y a donc une lacune dans la théorie classique. Bohr s'est particulièrement intéressé à ce paradoxe apparent de la physique classique car il rappelait trop les difficultés qu'il a rencontrées lors de sa thèse. Selon lui, une solution possible à ce paradoxe pourrait résider dans la théorie quantique.

Appliquant la nouvelle théorie quantique au problème de la structure de l'atome, Bohr a suggéré que les électrons ont des orbites stables autorisées dans lesquelles ils ne rayonnent pas d'énergie. Ce n'est que lorsqu'un électron se déplace d'une orbite à une autre qu'il gagne ou perd de l'énergie, et la quantité dont l'énergie change est exactement égale à la différence d'énergie entre les deux orbites. L'idée que les particules ne pouvaient avoir que certaines orbites était révolutionnaire, car, selon la théorie classique, leurs orbites pouvaient être situées à n'importe quelle distance du noyau, tout comme les planètes pouvaient, en principe, tourner sur n'importe quelle orbite autour du Soleil.

Bien que le modèle de Bohr ait semblé étrange et un peu mystique, il résolvait des problèmes qui avaient longtemps intrigué les physiciens. En particulier, il a donné la clé pour séparer les spectres des éléments. Lorsque la lumière d'un élément lumineux (comme un gaz chauffé composé d'atomes d'hydrogène) passe à travers un prisme, il ne produit pas un spectre continu qui inclut toutes les couleurs, mais une succession de lignes lumineuses discrètes séparées par des zones sombres plus larges. Selon la théorie de Bohr, chaque ligne de couleur vive (c'est-à-dire chaque longueur d'onde individuelle) correspond à la lumière émise par les électrons lorsqu'ils se déplacent d'une orbite autorisée à une autre orbite de moindre énergie. Bohr a dérivé une formule pour les fréquences de ligne dans le spectre de l'hydrogène, qui contenait la constante de Planck. La fréquence multipliée par la constante de Planck est égale à la différence d'énergie entre les orbites initiale et finale entre lesquelles les électrons effectuent la transition. La théorie de Bohr, publiée en 1913, lui a valu la renommée ; son modèle de l'atome est devenu connu sous le nom d'atome de Bohr.

Appréciant immédiatement l'importance du travail de Bohr, Rutherford lui propose un poste de chargé de cours à l'Université de Manchester, poste que Bohr occupe de 1914 à 1916. En 1916, il reprend la chaire créée pour lui à l'Université de Copenhague, où il continue à travailler sur la structure de l'atome. En 1920, il fonde l'Institut de physique théorique de Copenhague. À l'exception de la période de la Seconde Guerre mondiale, lorsque Bohr n'était pas au Danemark, il dirigea cet institut jusqu'à la fin de sa vie. Sous sa direction, l'institut a joué un rôle de premier plan dans le développement de la mécanique quantique (la description mathématique des aspects ondulatoires et corpusculaires de la matière et de l'énergie). Au cours des années XNUMX, le modèle atomique de Bohr a été remplacé par un modèle de mécanique quantique plus sophistiqué basé principalement sur les recherches de ses étudiants et collègues. Néanmoins, l'atome de Bohr a joué un rôle essentiel en tant que pont entre le monde de la structure atomique et le monde de la théorie quantique.

Bohr a reçu le prix Nobel de physique de 1922 "pour ses services dans l'étude de la structure des atomes et du rayonnement qu'ils émettent". Lors de la présentation du lauréat, Svante Arrhenius, membre de l'Académie royale des sciences de Suède, a noté que les découvertes de Bohr "l'ont conduit à des idées théoriques qui diffèrent considérablement de celles qui sous-tendaient les postulats classiques de James Clerk Maxwell". Arrhenius a ajouté que les principes de Bohr « promettent des fruits abondants dans les recherches futures ».

En 1924, Bohr acheta un manoir à Lunnen. Ici, sur une belle prairie, il aimait beaucoup se reposer. Avec sa femme et ses enfants, il a pédalé dans les bois, nagé dans la mer et joué au football.

Dans les années vingt, le scientifique apporta une contribution décisive à ce qu'on appellera plus tard l'interprétation de Copenhague de la mécanique quantique. Basée sur le principe d'incertitude de Werner Heisenberg, l'interprétation de Copenhague part du fait que les lois rigides de cause à effet, qui nous sont familières dans le monde quotidien et macroscopique, ne sont pas applicables aux phénomènes intra-atomiques, qui ne peuvent être interprétés qu'en termes probabilistes. Par exemple, il est impossible même en principe de prédire à l'avance la trajectoire d'un électron ; à la place, on peut spécifier la probabilité de chacune des trajectoires possibles.

Bohr a également formulé deux des principes fondamentaux qui ont déterminé le développement de la mécanique quantique : le principe de correspondance et le principe de complémentarité. Le principe de correspondance stipule que la description mécanique quantique du monde macroscopique doit correspondre à sa description dans le cadre de la mécanique classique. Le principe de complémentarité stipule que la nature ondulatoire et corpusculaire de la matière et du rayonnement sont des propriétés mutuellement exclusives, bien que ces deux représentations soient des composantes nécessaires à la compréhension de la nature. Un comportement d'onde ou de particule peut apparaître dans un certain type d'expérience, mais un comportement mixte n'est jamais observé. Ayant accepté la coexistence de deux interprétations apparemment contradictoires, nous sommes contraints de nous passer de modèles visuels - telle est la pensée exprimée par Bohr dans sa conférence Nobel. En traitant du monde de l'atome, a-t-il dit, "nous devons être modestes dans nos recherches et nous contenter de concepts formels dans le sens où ils manquent de l'image visuelle qui nous est si familière".

La méthode de travail de Bohr semblait inhabituelle pour beaucoup. Mais après une meilleure connaissance, il est devenu clair qu'il correspondait pleinement à son credo scientifique. À l'exception de lettres personnelles et de courtes notes, Bohr lui-même n'a écrit que quelques articles. Mieux encore, sa pensée fonctionnait lorsqu'il n'écrivait pas, mais dictait. De plus, Bor avait toujours besoin de la présence d'une personne avec qui discuter des problèmes. Cette sorte de table d'harmonie vivante était un préalable nécessaire au travail, un moyen de tester la force des arguments.

Il ressentait un besoin intérieur de critique, réagissant extrêmement vivement à toute déclaration critique. Souvent, au cours de la discussion, il a pu formuler son idée de la meilleure façon possible. Bohr saisit avec avidité chaque remarque juste concernant le choix du mot et apporta volontiers des modifications au texte.

Dans les années 1938, Bohr se tourne vers la physique nucléaire. Enrico Fermi et ses collaborateurs ont étudié les résultats du bombardement de noyaux atomiques par des neutrons. Bohr, avec un certain nombre d'autres scientifiques, a proposé un modèle de goutte du noyau, compatible avec de nombreuses réactions observées. Ce modèle, qui compare le comportement d'un noyau atomique lourd instable à une gouttelette de liquide fissile, a permis à Otto R. Frisch et Lise Meitner de développer un cadre théorique pour comprendre la fission nucléaire à la fin de 1939. La découverte de la fission à la veille de la Seconde Guerre mondiale a immédiatement donné lieu à des spéculations sur la manière dont elle pourrait être utilisée pour libérer une énergie colossale. Lors d'une visite à Princeton au début de 235, Bohr a déterminé que l'un des isotopes communs de l'uranium, l'uranium-XNUMX, était une matière fissile, qui avait un impact significatif sur le développement de la bombe atomique.

Dans les premières années de la guerre, Bohr a continué à travailler à Copenhague sur les détails théoriques de la fission nucléaire, dans les conditions de l'occupation allemande du Danemark. Cependant, le 29 septembre 1943, Bohr fut informé à plusieurs reprises de la décision allemande de l'arrêter avec toute sa famille en relation avec la déportation imminente des Juifs danois vers l'Allemagne. Heureusement, il a réussi à prendre les mesures nécessaires et cette nuit-là, avec sa femme, son frère Harald et d'autres membres de la famille, il est passé en Suède. De là, lui et son fils Aage se sont envolés pour l'Angleterre dans la soute à bombes vide d'un avion militaire britannique.

Bien que Bohr considérait la construction d'une bombe atomique techniquement irréalisable, les travaux de construction d'une telle bombe étaient déjà en cours aux États-Unis et les Alliés avaient besoin de son aide. À la fin de 1943, Niels et Aage Bohr se sont rendus à Los Alamos pour travailler sur le projet Manhattan. Senior Bor a fait un certain nombre de développements techniques dans la création de la bombe et était considéré comme un aîné parmi de nombreux scientifiques qui y travaillaient; cependant, à la fin de la guerre, il était extrêmement inquiet des conséquences de l'utilisation de la bombe atomique à l'avenir. Il a rencontré le président américain Franklin D. Roosevelt et le Premier ministre britannique Winston Churchill, essayant de les convaincre d'être ouverts et francs avec l'Union soviétique au sujet de nouvelles armes, et a également fait pression pour la mise en place d'un système de contrôle des armements d'après-guerre. Cependant, ses efforts n'ont pas abouti.

Après la guerre, Bohr revient à l'Institut de Physique Théorique, qui s'agrandit sous sa direction, participe à la fondation du CERN (Centre Européen de Recherche Nucléaire) et participe activement à son programme scientifique dans les années cinquante. Il a également participé à la fondation de l'Institut nordique de physique atomique théorique (Nordita) à Copenhague, le centre scientifique unifié des pays scandinaves. Au cours de ces années, le scientifique a continué à parler dans la presse de l'utilisation pacifique de l'énergie nucléaire et a mis en garde contre les dangers des armes nucléaires. En 1950, il a envoyé une lettre ouverte à l'ONU, réitérant son appel du temps de guerre pour un "monde ouvert" et un contrôle international des armements.

Homme de grande taille avec un grand sens de l'humour, Bor était connu pour sa gentillesse et son hospitalité. On dit qu'il était absolument impossible de jouer aux échecs avec Bohr. Chaque fois que l'adversaire faisait un mauvais coup, Bohr remettait les pièces dans leur position d'origine et le laissait rejouer.

Cette histoire est apparemment fictive, mais elle est tout à fait dans l'esprit de Bohr, il aimait les histoires pleines d'esprit et pensait qu'une bonne histoire n'avait pas besoin d'être vraie. A ce propos, Bohr citait un collègue allemand qui aurait dit : "Mais, mon cher ami, si vous racontez une histoire vraiment intéressante, vous n'avez pas à vous en tenir trop strictement aux faits !"

Le 7 octobre 1955, Niels Bohr a 70 ans. A cette occasion, une réunion solennelle a eu lieu le 14 octobre, à laquelle assistait le roi. Le Président a remercié le Roi pour sa participation à la réunion et pour son soutien à la Société. Le roi a annoncé qu'il avait décerné au président l'Ordre de la première classe de Dannebrog.

Ayant atteint l'âge de la retraite obligatoire, Bohr a démissionné de son poste de professeur à l'Université de Copenhague, mais est resté à la tête de l'Institut de physique théorique. Au cours des dernières années de sa vie, il a continué à contribuer au développement de la physique quantique et a montré un grand intérêt pour le nouveau domaine de la biologie moléculaire. Pour ses efforts dans ce sens, il a reçu le premier Peaceful Atom Award, créé par la Fondation Ford en 1957.

Bohr est décédé le 18 novembre 1962 à son domicile de Copenhague des suites d'une crise cardiaque.

Auteur : Samin D.K.

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