Niels Bohr :Biography

Niels Henrik David Bohr (7 octobre 1885 à Copenhague, Danemark - 18 novembre 1962 à Copenhague) est un physicien danois. Il est surtout connu pour son apport à l'édification de lamécanique quantique, pour lequel il a reçu de nombreux honneurs. Il est notamment lauréat du prix Nobel de physique de 19221.

Né de Christian Bohr, professeur de médecine et recteur d'université, de confession luthérienne, et de Ellen Adler, de confession juive, Niels Bohr a un frère cadet, Harald Bohr, mathématicien et sportif de haut niveau (il joua dans l'équipe nationale de football et participa aux Jeux olympiques d'été de 1908 tenus à Londres), ainsi qu'une sœur aînée, Jenny. Il est lui même un très bon footballeur.

Niels entre à l'université de Copenhague en 1903. Dès 1906, il travaille sur le thème des vibrations d'un jet de liquide et son mémoire obtient une récompense de l'Académie royale danoise des sciences et des lettres. Il obtient un doctorat à l'université de Copenhague en 1911 « Sur la théorie électronique des métaux », émettant ses premières idées sur la structure atomique. Quelques mois avant la soutenance, il se fiance avec Margrethe Norlung.

Il obtient une bourse de la fondation Carlsberg et veut dans un premier temps travailler à l'université de Cambridge avec le professeur Joseph John Thomson dont le modèle atomique, sphère de charge positive dans laquelle sont plongés les électrons, ne satisfait pas totalement son élève. Bohr rencontre alors Ernest Rutherford qu'il rejoint à Manchester (Angleterre).

Se basant sur les théories de Rutherford, il publie en 1913 un modèle de la structure de l'atome mais aussi de la liaison chimique dans une série de trois articles dans la revue Philosophical Magazine. Cette théorie présente l'atome comme un noyau autour duquel gravitent des électrons, les orbites les plus éloignées du noyau comprenant le plus d'électrons, ce qui détermine les propriétés chimiques de l'atome. Les électrons ont la possibilité de passer d'une couche à une autre, émettant un quantum d'énergie, le photon. Cette théorie est à la base de la mécanique quantique. Albert Einstein s'intéresse de très près à cette théorie dès sa publication. Ce modèle est confirmé expérimentalement quelques années plus tard.

Il rentre au Danemark en 1912 et se marie peu après. De cette union naîtront six garçons, le plus connu étant Aage Bohr, lauréat du prix Nobel de physique de 1975. Il devient assistant à la chaire de physique de l'université de Copenhague. Il accepte un poste de professeur à l'université de Manchester en 1914. Durant la Première Guerre mondiale, le Danemark est un État neutre et Bohr peut rester dans la recherche civile, même en Angleterre où il se trouve. Il en profite pour peaufiner son modèle atomique en y introduisant des idées relativistes quant aux mouvements des électrons, théorie reprise et complétée par Arnold Sommerfeld.

En 1916, Bohr devient professeur à l'université de Copenhague dans la chaire de physique théorique tout juste créée. Il est nommé en 1920, directeur du tout nouvel Institut de la physique théorique dont il est le fondateur. Cet établissement prendra le nom de Niels Bohr Institutet en 1965. Pendant les années 1920, il complète sa théorie, parvenant à établir une relation étroite entre le tableau de Mendeleïev et la structure électronique des atomes. Il reçoit le prix Nobel de physique en 1922 « pour ses études de la structure des atomes et des radiations qui en proviennent1 ».

Blasonnement avec la devise Contraria sunt complementa et symbole detaijitu

Bohr est aussi à l'origine du principe de complémentarité : des objets peuvent être analysés séparément et chaque analyse fera conclure à des propriétés contraires. Par exemple, les physiciens pensent que la lumière est à la fois une onde et un faisceau de particules, les photons. Cette idée a aussi inspiré son blasonnement dans lequel le symbole taijitu (de l'idée Yin et yang) est utilisé avec un mot latin Contraria sunt complementa (les contraires sont complémentaires).

Parmi les plus célèbres étudiants de Bohr qui fréquentent son institut de physique, on peut citer Werner Heisenberg qui devient responsable d'un projet de bombe atomique allemande durant la Seconde Guerre mondiale et Wolfgang Pauli.

En octobre 1927, il rencontre pour la première fois Albert Einstein au cours du cinquième congrès Solvay avec qui il aura de très fréquents entretiens jusqu'en 1935. Einstein défend le caractère provisoire de la théorie quantique, ne se satisfaisant pas de cette dernière au niveau épistémologique. Bohr, au contraire, considère qu'il s'agit d'une théorie achevée. Ces réflexions et discussions sont l'une des sources de ses Écrits philosophiques, publiés en quatre volumes (dont deux à titre posthume en 1963 et en 1998), dont l'une des thématiques est l'utilisation du langage. Il travaille également sur le principe de complémentarité en biologie.

Albert Einstein et Niels Bohr en 1930 à l'occasion d'un Congrès Solvay.
(Photo de Paul Ehrenfest.)

Lors d'un débat, Niels Bohr se disputait avec Albert Einstein à propos de la réalité de la physique quantique. À un moment donné Einstein, excédé, jeta à Niels Bohr : « Dieu ne joue pas aux dés ! », ce à quoi Bohr répondit : « Qui êtes-vous Einstein, pour dire à Dieu ce qu'il doit faire ! ». Cet échange est devenu célèbre par la suite.

À la fin des années 1930, ses recherches s'orientent vers le noyau atomique pour lequel il propose le modèle, dit « de la goutte » où l'ensemble des particules constitutives de ce dernier reste fortement lié, ne permettant que des interactions globales avec l'extérieur.

En 1943, Bohr s'échappe du Danemark occupé vers les États-Unis - via la Suède puis Londres - et travaille au Laboratoire national de Los Alamos dans le cadre du projet Manhattan.

Après la guerre, il rentre à Copenhague et milite pour une utilisation pacifique de l'énergie nucléaire, en particulier avec la création du Laboratoire national Risø en 1956, ce qui lui vaut d'être lauréat de l'Atoms for Peace Award en 1957. Il participe également à la formation du Centre Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) et son institut de Copenhague héberge sa section théorique dans un premier temps.

Il meurt à Copenhague le 18 novembre 1962 et sa sépulture se trouve au parc-cimetière Assistens.


L'élément bohrium (numéro atomique 107) a été nommé en son honneur.

Une légende urbaine attribue à Niels Bohr une anecdote concernant la mesure de la hauteur d'un bâtiment à l'aide d'un baromètre. Cette histoire aurait été écrite dans le Reader's Digest en 1958, et se serait transformée au fil du temps en une anecdote supposée réelle et attribuée à Niels Bohr2. On peut se demander si le recours à cette personne célèbre n'est pas une manière de transformer une anecdote amusante en un pamphlet contre la « rigidité de l'enseignement scolaire » opposée à la « créativité ».
Article détaillé : Baromètre de Bohr.
Distinctions et récompenses[modifier]

En 1921, il est lauréat de la Médaille Hughes. En 1922, il reçoit le prix Nobel de physique pour son développement des mécaniques quantiques. Il devient membre étranger de la Royal Society en 1926. Il est également lauréat de la Médaille Franklinen 1926, du Faraday Lectureship de la Royal society of chemistry en 1930 et de la médaille Copley en 1938.
Citations[modifier]
« Quiconque n'est pas choqué par la théorie quantique ne la comprend pas. » (Cité par Abraham Pais, Niels Bohr's Times, in Physics, Philosophy, and Polity, Oxford university Press (1991) (ISBN 978-0-19-852048-1))
« A l’Institut de Copenhague (...) nous avions l’habitude, quand cela n’allait pas, de nous réconforter par des plaisanteries, notamment par le vieil adage des deux sortes de vérités. De l’une sont les propositions si simples et si claires que la proposition contraire est évidemment insoutenable. De l’autre, de celle des « vérités profondes », sont les propositions dont le contraire contient aussi une vérité profonde. » (Niels Bohr, « Discussion avec Einstein sur les problèmes épistémologiques de la physique atomique » dans Physique atomique et connaissance humaine, Folio Essais, 1991, p.247)

Biography

Niels Henrik David Bohr was born in Copenhagen on October 7, 1885, as the son of Christian Bohr, Professor of Physiology at Copenhagen University, and his wife Ellen, née Adler. Niels, together with his younger brother Harald (the future Professor in Mathematics), grew up in an atmosphere most favourable to the development of his genius - his father was an eminent physiologist and was largely responsible for awakening his interest in physics while still at school, his mother came from a family distinguished in the field of education.

After matriculation at the Gammelholm Grammar School in 1903, he entered Copenhagen University where he came under the guidance of Professor C. Christiansen, a profoundly original and highly endowed physicist, and took his Master's degree in Physics in 1909 and his Doctor's degree in 1911.

While still a student, the announcement by the Academy of Sciences in Copenhagen of a prize to be awarded for the solution of a certain scientific problem, caused him to take up an experimental and theoretical investigation of the surface tension by means of oscillating fluid jets. This work, which he carried out in his father's laboratory and for which he received the prize offered (a gold medal), was published in the Transactions of the Royal Society, 1908.

Bohr's subsequent studies, however, became more and more theoretical in character, his doctor's disputation being a purely theoretical piece of work on the explanation of the properties of the metals with the aid of the electron theory, which remains to this day a classic on the subject. It was in this work that Bohr was first confronted with the implications of Planck's quantum theory of radiation.

In the autumn of 1911 he made a stay at Cambridge, where he profited by following the experimental work going on in the Cavendish Laboratory under Sir J.J. Thomson's guidance, at the same time as he pursued own theoretical studies. In the spring of 1912 he was at work in Professor Rutherford's laboratory in Manchester, where just in those years such an intensive scientific life and activity prevailed as a consequence of that investigator's fundamental inquiries into the radioactive phenomena. Having there carried out a theoretical piece of work on the absorption of alpha rays which was published in the Philosophical Magazine, 1913, he passed on to a study of the structure of atoms on the basis of Rutherford's discovery of the atomic nucleus. By introducing conceptions borrowed from the Quantum Theory as established by Planck, which had gradually come to occupy a prominent position in the science of theoretical physics, he succeeded in working out and presenting a picture of atomic structure that, with later improvements (mainly as a result of Heisenberg's ideas in 1925), still fitly serves as an elucidation of the physical and chemical properties of the elements.

In 1913-1914 Bohr held a Lectureship in Physics at Copenhagen University and in 1914-1916 a similar appointment at the Victoria University in Manchester. In 1916 he was appointed Professor of Theoretical Physics at Copenhagen University, and since 1920 (until his death in 1962) he was at the head of the Institute for Theoretical Physics, established for him at that university.

Recognition of his work on the structure of atoms came with the award of the Nobel Prize for 1922.

Bohr's activities in his Institute were since 1930 more and more directed to research on the constitution of the atomic nuclei, and of their transmutations and disintegrations. In 1936 he pointed out that in nuclear processes the smallness of the region in which interactions take place, as well as the strength of these interactions, justify the transition processes to be described more in a classical way than in the case of atoms (Cf. »Neutron capture and nuclear constitution«, Nature, 137 (1936) 344).

A liquid drop would, according to this view, give a very good picture of the nucleus. This so-called liquid droplet theory permitted the understanding of the mechanism of nuclear fission, when the splitting of uranium was discovered by Hahn and Strassmann, in 1939, and formed the basis of important theoretical studies in this field (among others, by Frisch and Meitner).

Bohr also contributed to the clarification of the problems encountered in quantum physics, in particular by developing the concept of complementarity. Hereby he could show how deeply the changes in the field of physics have affected fundamental features of our scientific outlook and how the consequences of this change of attitude reach far beyond the scope of atomic physics and touch upon all domains of human knowledge. These views are discussed in a number of essays, written during the years 1933-1962. They are available in English, collected in two volumes with the title Atomic Physics and Human Knowledge and Essays 1958-1962 on Atomic Physics and Human Knowledge, edited by John Wiley and Sons, New York and London, in 1958 and 1963, respectively.

Among Professor Bohr's numerous writings (some 115 publications), three appearing as books in the English language may be mentioned here as embodying his principal thoughts:The Theory of Spectra and Atomic Constitution, University Press, Cambridge, 1922/2nd. ed., 1924; Atomic Theory and the Description of Nature, University Press, Cambridge, 1934/reprint 1961; The Unity of Knowledge, Doubleday & Co., New York, 1955.

During the Nazi occupation of Denmark in World War II, Bohr escaped to Sweden and spent the last two years of the war in England and America, where he became associated with the Atomic Energy Project. In his later years, he devoted his work to the peaceful application of atomic physics and to political problems arising from the development of atomic weapons. In particular, he advocated a development towards full openness between nations. His views are especially set forth in his Open Letter to the United Nations, June 9, 1950.

Until the end, Bohr's mind remained alert as ever; during the last few years of his life he had shown keen interest in the new developments of molecular biology. The latest formulation of his thoughts on the problem of Life appeared in his final (unfinished) article, published after his death: "Licht und Leben-noch einmal", Naturwiss., 50 (1963) 72: (in English: "Light and Life revisited", ICSU Rev., 5 ( 1963) 194).

Niels Bohr was President of the Royal Danish Academy of Sciences, of the Danish Cancer Committee, and Chairman of the Danish Atomic Energy Commission. He was a Foreign Member of the Royal Society (London), the Royal Institution, and Academies in Amsterdam, Berlin, Bologna, Boston, Göttingen, Helsingfors, Budapest, München, Oslo, Paris, Rome,Stockholm, Uppsala, Vienna, Washington, Harlem, Moscow, Trondhjem, Halle, Dublin, Liege, and Cracow. He was Doctor, honoris causa, of the following universities, colleges, and institutes: (1923-1939) - Cambridge, Liverpool, Manchester, Oxford, Copenhagen, Edinburgh, Kiel, Providence, California, Oslo, Birmingham, London; (1945-1962) - Sorbonne (Paris), Princeton, Mc. Gill (Montreal), Glasgow, Aberdeen, Athens, Lund, New York, Basel, Aarhus, Macalester (St. Paul), Minnesota, Roosevelt (Chicago, Ill.), Zagreb, Technion (Haifa), Bombay, Calcutta, Warsaw, Brussels, Harvard, Cambridge (Mass.), and Rockefeller (New York).

Professor Bohr was married, in 1912, to Margrethe Nørlund, who was for him an ideal companion. They had six sons, of whom they lost two; the other four have made distinguished careers in various professions - Hans Henrik (M.D.), Erik (chemical engineer), Aage (Ph.D., theoretical physicist, following his father as Director of the Institute for Theoretical Physics), Ernest (lawyer).

Niels Bohr died in Copenhagen on November 18, 1962.

From Nobel Lectures, Physics 1922-1941, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1965

This autobiography/biography was written at the time of the award and first published in the book seriesLes Prix Nobel. It was later edited and republished in Nobel Lectures. To cite this document, always state the source as shown above.

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