NIELS BOHR: BIOGRAPHIE ET CONTRIBUTIONS - SCIENCE - 2025

Niels Bohr (1885-1962) était un physicien danois qui a reçu le prix Nobel de physique en 1922 pour ses recherches liées à la structure des atomes et à leurs niveaux de rayonnement. Élevé et éduqué dans les terres européennes, dans les plus prestigieuses universités anglaises, Bohr était aussi un chercheur renommé et curieux de philosophie.

Il a travaillé aux côtés d'autres scientifiques renommés et lauréats du prix Nobel, tels que JJ Thompson et Ernest Rutherford, qui l'ont encouragé à poursuivre ses recherches dans le domaine atomique.

L'intérêt de Bohr pour la structure atomique l'a amené à se déplacer d'une université à l'autre pour en trouver une qui lui donnerait l'espace pour développer ses recherches selon ses propres conditions.

Niels Bohr est parti des découvertes faites par Rutherford et a continué à les développer jusqu'à ce qu'il puisse y mettre sa propre empreinte.

Bohr est venu pour avoir une famille de plus de six enfants, a été le tuteur d'autres scientifiques éminents tels que Werner Heisenberg et président de l'Académie royale des sciences du Danemark, ainsi que membre d'autres académies scientifiques du monde entier.

Biographie

Niels Bohr est né le 7 octobre 1885 à Copenhague, la capitale du Danemark. Le père de Niels s'appelait Christian et il était professeur de physiologie à l'Université de Copenhague.

Pour sa part, la mère de Niels était Ellen Adler, dont la famille était économiquement privilégiée, ayant une influence dans l'environnement bancaire danois. La situation familiale de Niels lui a permis d'avoir accès à une éducation considérée comme privilégiée à l'époque.

Études

Niels Bohr s'est intéressé à la physique et l'a étudiée à l'Université de Copenhague, dont il a obtenu une maîtrise en physique en 1911. Plus tard, il a voyagé en Angleterre, où il a étudié au laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge.

La principale motivation pour y étudier était de recevoir la tutelle de Joseph John Thomson, un chimiste d'origine anglaise qui a reçu le prix Nobel en 1906 pour la découverte de l'électron, en particulier pour les études qu'il a menées sur la façon dont l'électricité se déplace dans les gaz..

L'intention de Bohr était de traduire sa thèse de doctorat en anglais, qui était précisément liée à l'étude des électrons. Cependant, Thomson n'a montré aucun intérêt réel pour Bohr, c'est pourquoi ce dernier a décidé de partir de là et de fixer son cours pour l'Université de Manchester.

Relation avec Ernest Rutherford

À l'Université de Manchester, Niels Bohr a eu l'occasion de partager avec le physicien et chimiste britannique Ernest Rutherford. Il avait également été l'assistant de Thomson et a remporté plus tard le prix Nobel. Bohr a beaucoup appris de Rutherford, en particulier dans le domaine de la radioactivité et des modèles de l'atome.

Avec le temps, la collaboration entre les deux scientifiques s'est développée et leur amitié s'est développée. L'un des événements dans lesquels les deux scientifiques ont interagi dans le domaine expérimental était lié au modèle de l'atome proposé par Rutherford.

Ce modèle était vrai dans le domaine conceptuel, mais il n'était pas possible de le concevoir en l'encadrant dans les lois de la physique classique. Compte tenu de cela, Bohr a osé dire que la raison en était que la dynamique des atomes n'était pas soumise aux lois de la physique classique.

Institut nordique de physique théorique

Niels Bohr était considéré comme un homme timide et introverti, mais une série d'essais qu'il a publiés en 1913 lui a valu une large reconnaissance dans le domaine scientifique, ce qui a fait de lui une personnalité publique reconnue. Ces essais étaient liés à sa conception de la structure de l'atome.

En 1916, Bohr se rend à Copenhague et là, dans sa ville natale, il commence à enseigner la physique théorique à l'Université de Copenhague, où il étudie.

Étant dans cette position et grâce à la renommée qui avait précédemment acquis, Bohr a obtenu l'argent suffisant qui était nécessaire pour créer en 1920 l'Institut nordique de physique théorique.

Le physicien danois a dirigé cet institut de 1921 à 1962, année de sa mort. Plus tard, l'institut a changé de nom et s'appelait Niels Bohr Institute, en l'honneur de son fondateur.

Très vite, cet institut est devenu une référence en ce qui concerne les découvertes les plus importantes qui se faisaient à l'époque sur l'atome et sa conformation.

En peu de temps, l'Institut nordique de physique théorique était à égalité avec d'autres universités plus traditionnelles dans la région, telles que les universités allemandes de Göttingen et de Munich.

École de Copenhague

Les années 1920 étaient très importantes pour Niels Bohr, car au cours de ces années, il a publié deux des principes fondamentaux de ses théories: le principe de la correspondance, publié en 1923, et le principe de complémentarité, ajouté en 1928.

Les principes susmentionnés ont été la base sur laquelle l'École de Copenhague de mécanique quantique, également appelée interprétation de Copenhague, a commencé à se former.

Cette école a trouvé des adversaires chez de grands scientifiques comme Albert Einstein lui-même, qui, après s'être opposé à diverses approches, a fini par reconnaître Niels Bohr comme l'un des meilleurs chercheurs scientifiques de l'époque.

D'autre part, en 1922, il a reçu le prix Nobel de physique pour ses expériences liées à la restructuration atomique, et la même année est né son fils unique, Aage Niels Bohr, qui a finalement étudié à l'institut présidé par Niels. Plus tard, il en devint le directeur et, en outre, en 1975, il reçut le prix Nobel de physique.

Au cours des années 1930, Bohr s'installe aux États-Unis et se concentre sur la publicité du domaine de la fission nucléaire. C'est dans ce contexte que Bohr a déterminé la caractéristique fissile du plutonium.

À la fin de cette décennie, en 1939, Bohr retourna à Copenhague et reçut la nomination de président de l'Académie royale des sciences du Danemark.

Seconde Guerre mondiale

En 1940, Niels Bohr était à Copenhague et, à la suite de la Seconde Guerre mondiale, trois ans plus tard, il a été contraint de fuir en Suède avec sa famille, parce que Bohr était d'origine juive.

De Suède, Bohr s'est rendu aux États-Unis. Là, il s'installe et rejoint l'équipe de collaboration pour le projet Manhattan, qui a produit la première bombe atomique. Ce projet a été réalisé dans un laboratoire situé à Los Alamos, au Nouveau-Mexique, et au cours de sa participation audit projet, Bohr a changé son nom pour Nicholas Baker.

Retrouvailles et mort

À la fin de la Seconde Guerre mondiale, Bohr est retourné à Copenhague, où il est redevenu directeur de l'Institut nordique de physique théorique et a toujours préconisé l'application de l'énergie atomique avec des objectifs utiles, toujours à la recherche d'efficacité dans différents processus.

Cette inclination est due au fait que Bohr était conscient des grands dommages qui pourraient être causés par ce qu'il a découvert, et en même temps il savait qu'il y avait une utilité plus constructive pour ce type d'énergie puissante. Ainsi, à partir des années 1950, Niels Bohr s'est consacré à donner des conférences axées sur l'utilisation pacifique de l'énergie atomique.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, Bohr n'a pas manqué l'ampleur de l'énergie atomique, donc en plus de préconiser son utilisation appropriée, il a également stipulé que ce sont les gouvernements qui devraient veiller à ce que cette énergie ne soit pas utilisée de manière destructrice.

Cette notion a été introduite en 1951, dans un manifeste signé par plus d'une centaine de chercheurs et scientifiques renommés à l'époque.

À la suite de cette action et de ses travaux antérieurs en faveur de l'utilisation pacifique de l'énergie atomique, la Fondation Ford lui décerne en 1957 le prix Atoms for Peace, décerné à des personnalités qui ont cherché à promouvoir l'utilisation positive de ce type d'énergie.

Niels Bohr est décédé le 18 novembre 1962, dans sa ville natale de Copenhague, à l'âge de 77 ans.

Contributions et découvertes de Niels Bohr

Bohr et Albert Einstein

Modèle et structure de l'atome

Le modèle atomique de Niels Bohr est considéré comme l'une de ses plus grandes contributions au monde de la physique et de la science en général. Il a été le premier à présenter l'atome comme un noyau chargé positivement entouré d'électrons en orbite.

Bohr a réussi à découvrir le mécanisme de fonctionnement interne d'un atome: les électrons sont capables de orbiter indépendamment autour du noyau. Le nombre d'électrons présents dans l'orbite externe du noyau détermine les propriétés de l'élément physique.

Pour obtenir ce modèle atomique, Bohr a appliqué la théorie quantique de Max Planck au modèle atomique développé par Rutherford, obtenant ainsi le modèle qui lui a valu le prix Nobel. Bohr a présenté la structure atomique comme un petit système solaire.

Concepts quantiques au niveau atomique

Ce qui a conduit le modèle atomique de Bohr à être considéré comme révolutionnaire, c'est la méthode qu'il a utilisée pour y parvenir: l'application des théories de la physique quantique et leur interrelation avec les phénomènes atomiques.

Avec ces applications, Bohr a pu déterminer les mouvements des électrons autour du noyau atomique, ainsi que les changements de leurs propriétés.

De la même manière, à travers ces concepts, il a pu se faire une idée de la capacité de la matière à absorber et à émettre de la lumière à partir de ses structures internes les plus imperceptibles.

Découverte du théorème de Bohr-van Leeuwen

Le théorème de Bohr-van Leeuwen est un théorème appliqué au domaine de la mécanique. Travaillé d'abord par Bohr en 1911, puis complété par van Leeuwen, l'application de ce théorème a permis de différencier la portée de la physique classique de la physique quantique.

Le théorème stipule que l'aimantation résultant de l'application de la mécanique classique et de la mécanique statistique sera toujours nulle. Bohr et van Leeuwen ont réussi à entrevoir certains concepts qui ne pouvaient être développés que par la physique quantique.

Aujourd'hui, le théorème des deux scientifiques est appliqué avec succès dans des domaines tels que la physique des plasmas, l'électromécanique et l'électrotechnique.

Principe de complémentarité

En mécanique quantique, le principe de complémentarité formulé par Bohr, qui représente à la fois une approche théorique et résultante, soutient que les objets soumis à des processus quantiques ont des attributions complémentaires qui ne peuvent être observées ou moyennées simultanément.

Ce principe de complémentarité est né d'un autre postulat développé par Bohr: l'interprétation de Copenhague; fondamentale à la recherche de la mécanique quantique.

Interprétation de Copenhague

Avec l'aide des scientifiques Max Born et Werner Heisenberg, Niels Bohr a développé cette interprétation de la mécanique quantique, qui a permis d'élucider certains des éléments qui rendent les processus mécaniques possibles, ainsi que leurs différences. Formulé en 1927, il est considéré comme une interprétation traditionnelle.

Selon l'interprétation de Copenhague, les systèmes physiques n'ont pas de propriétés définies avant d'être soumis à des mesures, et la mécanique quantique est seulement capable de prédire les probabilités selon lesquelles les mesures effectuées donneront certains résultats.

Structure du tableau périodique

De son interprétation du modèle atomique, Bohr a pu structurer plus en détail le tableau périodique des éléments existant à cette époque.

Il a pu affirmer que les propriétés chimiques et la capacité de liaison d'un élément sont étroitement liées à sa charge de valence.

Les travaux de Bohr appliqués au tableau périodique ont conduit au développement d'un nouveau domaine de la chimie: la chimie quantique.

De même, l'élément connu sous le nom de bore (Bohrium, Bh), reçoit son nom en hommage à Niels Bohr.

Réactions nucléaires

En utilisant un modèle proposé, Bohr a pu proposer et établir les mécanismes des réactions nucléaires à partir d'un processus en deux étapes.

En bombardant des particules de faible énergie, un nouveau noyau de faible stabilité est formé qui émettra éventuellement des rayons gamma, tandis que son intégrité se détériore.

Cette découverte de Bohr a longtemps été considérée comme essentielle dans le domaine scientifique, jusqu'à ce qu'elle soit travaillée et améliorée, des années plus tard, par l'un de ses fils, Aage Bohr.

Explication de la fission nucléaire

La fission nucléaire est un processus de réaction nucléaire par lequel le noyau atomique commence à se diviser en parties plus petites.

Ce processus est capable de produire de grandes quantités de protons et de photons, libérant de l'énergie en même temps et en permanence.

Niels Bohr a développé un modèle permettant d'expliquer le processus de fission nucléaire de certains éléments. Ce modèle consistait à observer une goutte de liquide qui représenterait la structure du noyau.

De la même manière que la structure intégrale d'une goutte peut être séparée en deux parties similaires, Bohr a pu montrer que la même chose peut se produire avec un noyau atomique, étant capable de générer de nouveaux processus de formation ou de détérioration au niveau atomique.

Références

1. Bohr, N. (1955). L'homme et la science physique. Theoria: Une revue internationale pour la théorie, l'histoire et les fondements de la science, 3-8.
2. Lozada, RS (2008). Niels Bohr. Loi sur l'université, 36-39.
3. Nobel Media AB. (2014). Niels Bohr - Les faits. Récupéré de Nobelprize.org: nobelprize.org
4. Savoie, B. (2014). Une preuve rigoureuse du théorème de Bohr-van Leeuwen à la limite semi-classique. RMP, 50.
5. Les rédacteurs de l'Encyclopædia Britannica. (17 novembre 2016). Modèle composé-noyau. Récupéré de l'Encyclopedia Britannica: britannica.com.