Niels Bohr - Biographie

Bohr, Niels (1885-1962) (World of Earth Science) – eNotes.com

Physicien danois

Niels Bohr reçut le prix Nobel de Physique en 1922 pour le modèle mécanique quantique de l’atome qu’il avait développé 10 avant auparavant, le progrès le plus important dans la compréhension scientifique de la structure de l’atome depuis la première théorie de l’atome proposée par le physicien anglais John Dalton en 1803. Bohr fonda l’Institut de Physique Théorique à l’Université de Copenhague en 1920, Institut qui reçut plus tard son nom. Pendant plus d’un demi-siècle, l’Institut fut une force puissante dans la détermination de la théorie atomique. C’était une escale essentielle pour tous les jeunes physiciens qui faisaient le tour des centres de physique théorique d’Europe au milieu du 20ème siècle. Dans les années ’20 également, Bohr réfléchit et écrivit à propos de questions fondamentales soulevées par la théorie quantique moderne. Il développa 2 concepts de base, les principes de complémentarité et de correspondance, qui selon lui devaient diriger le futur de la physique. Dans les années ’30, Bohr s’intéressa aux problèmes du noyau atomique et contribua au développement du modèle de goutte liquide du noyau, un modèle utilisé dans l’explication de la fission nucléaire.

Niels Henrik David Bohr naquit à Copenhague, Danemark, deuxième d’une famille de 3 enfants de Christian et Ellen Adler Bohr. Les premières années de Bohr furent enrichies d’une atmosphère de soutien et d’encouragement à la maison. Sa mère venait d’une riche famille juive active dans le secteur bancaire et dans les affaires publiques. Son père était professeur de physiologie à l’Université de Copenhague. Lui et ses amis se rencontraient chaque vendredi soir pour discuter des événements, et souvent, le jeune Niels écoutait les conversations pendant ces réunions.

Bohr commença à s’intéresser à la science très tôt. Sa biographe, Ruth Moore, écrivit dans son livre Niels Bohr : l’homme, sa science, et le monde qu’ils changèrent que, étant enfant, « il réparait déjà les horloges de la famille et tout ce qui pouvait être réparé ». Bohr accomplit ses études primaires et secondaires à l’école Gammelholm de Copenhague. Il réussit bien dans ses études, bien qu’il ait apparemment été dans l’ombre de son jeune frère Harald, qui devint plus tard mathématicien. Les deux frères étaient par ailleurs d’excellents joueurs de football.

En 1903, Bohr entra à l’Université de Copenhague, où il choisit l’option Physique. Il attira bientôt l’attention avec un remarquable projet de recherche sur la tension de surface de l’eau mise en évidence dans un courant-jet vibratoire.. Il reçut pour ce travail une médaille d’or de l’Académie Royale Danoise des Sciences en 1907. Deux ans plus tard, il reçut son diplôme de maîtrise en Sciences.. Bohr resta ensuite à Copenhague pour poursuivre son doctorat, qu’il obtint en 1911. Sa thèse de doctorat portait sur la théorie électronique des métaux, et confirmait le fait que les principes physiques classiques étaient suffisamment précis pour décrire les propriétés qualitatives des métaux mais pas assez pour en décrire les propriétés quantitatives. Le résultat principal de cette recherche fut probablement de convaincre Bohr que l’électromagnétisme classique ne pouvait pas décrire de manière satisfaisante le phénomène atomique. Le décor était placé pour que Bohr s’attaque aux questions les plus fondamentales la théorie atomique.

Bohr décida de poursuivre ses recherche au Laboratoire Cavendish de l’Université de Cambridge. A l’époque, le directeur du laboratoire était le physicien anglais J.J. Thomson, découvreur de l’électron. Quelques mois seulement après son arrivée en Angleterre en 1911, Bohr découvrit que Thomson était passé à d’autres domaines et ne s’intéressait pas spécialement à la thèse de Bohr ou à ses idées. Heureusement cependant, Bohr rencontra le physicien anglais Ernest Rutherford, de l’Université de Manchester, qui le reçut avec beaucoup plus d’enthousiasme. Bohr déménagea à Manchester en 1912 et passa les 3 mois restants de son séjour anglais à travailler avec Rutherford sur son modèle nucléaire de l’atome.

Le 24 juillet 1912, Bohr s’embarqua pour Copenhague où il devint assistant professeur de physique à l’Université de Copenhague. Il se maria le 1er août avec Margaret Norlund. Le couple eut six enfants. Un des fils, Aage, gagna une part du prix Nobel de Physique en 1975 pour son travail sur la structure du noyau de l’atome.

Le domaine de la physique atomique traversa une phase difficile en 1912. Rutherford venait de découvrir le noyau atomique, ce qui avait créé un problème majeur pour les théoriciens. L’existence d’un noyau signifiait que les électrons se déplaçaient autour en orbites similaires à celles que suivent les planètes autour du soleil. Or, selon les lois classiques de l’électrodynamique, une particule chargée électriquement devrait rayonner en se rapprochant en spirale du noyau pour finalement entrer en collision avec lui. Bien que les électrons gravitent en orbite autour du noyau, ils ne pouvaient, selon les lois classiques, se comporter ainsi.

Bohr solutionna ce dilemme d’une manière particulière. Il commença par s’intéresser à la question du spectre atomique. Depuis plus d’un siècle, les scientifiques considéraient qu’un élément chauffé produit une raie spectrale caractéristique ; la structure spécifique de lignes produites est unique pour chaque élément spécifique. Bien qu’il y ait eu beaucoup de recherche sur les raies spectrales, personne n’avait vraiment réfléchi à ce que leur relation pouvait être avec les atomes.

Lorsque Bohr commença à s’attaquer à cette question, il décida de poursuivre une recherche entamée par le physicien Johann Balmer dans les années 1880. Balmer avait découvert que les lignes dans le spectre d’hydrogène pouvaient être représentées par une formule mathématique relativement simple reliant la fréquence d’une ligne particulière à deux nombres entiers. Cette formule donnait des valeurs de fréquence très précises qui correspondaient avec celles observées dans l’expérience.

La première fois que Bohr examina cette formule, il réalisa tout de suite qu’il avait la solution au problème des orbites des électrons. La solution que Bohr développa fut à la fois simple et élégante. Il émit l’hypothèse que certaines orbites existaient au sein d’un atome, dans lesquels un électron pouvait voyager sans

...