Niels Bohr

Alex Rover | septembre 27, 2022

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Résumé

Niels Henrik David Bohr (7 octobre 1885 – 18 novembre 1962) était un physicien danois qui a apporté des contributions fondamentales à la compréhension de la structure atomique et de la théorie quantique, pour lesquelles il a reçu le prix Nobel de physique en 1922. Bohr était également un philosophe et un promoteur de la recherche scientifique.

Bohr a développé le modèle de Bohr de l »atome, dans lequel il a proposé que les niveaux d »énergie des électrons soient discrets et que les électrons tournent dans des orbites stables autour du noyau atomique mais peuvent sauter d »un niveau d »énergie (ou orbite) à un autre. Bien que le modèle de Bohr ait été supplanté par d »autres modèles, ses principes sous-jacents restent valables. Il a conçu le principe de complémentarité : les éléments peuvent être analysés séparément en fonction de propriétés contradictoires, comme se comporter comme une onde ou un flux de particules. La notion de complémentarité a dominé la pensée de Bohr, tant en science qu »en philosophie.

Bohr a fondé l »Institut de physique théorique de l »Université de Copenhague, aujourd »hui connu sous le nom d »Institut Niels Bohr, qui a ouvert ses portes en 1920. Bohr a été le mentor et a collaboré avec des physiciens tels que Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy et Werner Heisenberg. Il a prédit l »existence d »un nouvel élément semblable au zirconium, qui a été nommé hafnium, d »après le nom latin de Copenhague, où il a été découvert. Plus tard, l »élément bohrium a été nommé d »après lui.

Pendant les années 30, Bohr a aidé les réfugiés du nazisme. Après l »occupation du Danemark par les Allemands, il a eu une rencontre célèbre avec Heisenberg, qui était devenu le chef du projet allemand d »armement nucléaire. En septembre 1943, Bohr apprend qu »il est sur le point d »être arrêté par les Allemands, et il s »enfuit en Suède. De là, il s »envole pour la Grande-Bretagne, où il rejoint le projet britannique d »armes nucléaires Tube Alloys, et fait partie de la mission britannique pour le projet Manhattan. Après la guerre, Bohr a appelé à une coopération internationale sur l »énergie nucléaire. Il participe à la création du CERN et de l »établissement de recherche Risø de la Commission danoise de l »énergie atomique et devient le premier président du Nordic Institute for Theoretical Physics en 1957.

Bohr est né à Copenhague, au Danemark, le 7 octobre 1885, deuxième des trois enfants de Christian Bohr, professeur de physiologie à l »université de Copenhague, et d »Ellen Bohr (née Adler), qui était la fille de David B. Adler, issu de la riche famille de banquiers juifs danois Adler. Il avait une sœur aînée, Jenny, et un frère cadet, Harald. Harald devint mathématicien et footballeur et joua pour l »équipe nationale danoise aux Jeux olympiques d »été de 1908 à Londres. Niels était également un footballeur passionné, et les deux frères ont disputé plusieurs matchs pour l »Akademisk Boldklub (club de football académique) de Copenhague, avec Niels comme gardien de but.

Bohr a été scolarisé à l »école latine de Gammelholm, dès l »âge de sept ans. En 1903, Bohr s »inscrit comme étudiant de premier cycle à l »Université de Copenhague. Sa spécialité était la physique, qu »il a étudiée sous la direction du professeur Christian Christiansen, le seul professeur de physique de l »université à l »époque. Il a également étudié l »astronomie et les mathématiques avec le professeur Thorvald Thiele, et la philosophie avec le professeur Harald Høffding, un ami de son père.

En 1905, l »Académie royale danoise des sciences et des lettres a organisé un concours pour la médaille d »or afin d »étudier une méthode de mesure de la tension superficielle des liquides qui avait été proposée par Lord Rayleigh en 1879. Cette méthode consistait à mesurer la fréquence d »oscillation du rayon d »un jet d »eau. Bohr a mené une série d »expériences en utilisant le laboratoire de son père à l »université ; l »université elle-même n »avait pas de laboratoire de physique. Pour réaliser ses expériences, il a dû fabriquer sa propre verrerie, en créant des tubes à essai avec les sections transversales elliptiques requises. Il est allé au-delà de la tâche initiale, en incorporant des améliorations à la fois à la théorie de Rayleigh et à sa méthode, en tenant compte de la viscosité de l »eau et en travaillant avec des amplitudes finies et non plus seulement infinitésimales. Son essai, qu »il a soumis à la dernière minute, a remporté le prix. Il a ensuite soumis une version améliorée de l »article à la Royal Society de Londres pour publication dans les Philosophical Transactions of the Royal Society.

Harald est le premier des deux frères Bohr à obtenir une maîtrise, qu »il obtient en mathématiques en avril 1909. Niels a pris neuf mois de plus pour obtenir son diplôme sur la théorie électronique des métaux, un sujet assigné par son superviseur, Christiansen. Bohr a ensuite élaboré sa thèse de maîtrise pour en faire une thèse de doctorat en philosophie (dr. phil.) beaucoup plus importante. Il a passé en revue la littérature sur le sujet et a opté pour un modèle postulé par Paul Drude et élaboré par Hendrik Lorentz, dans lequel les électrons d »un métal sont considérés comme se comportant comme un gaz. Bohr a étendu le modèle de Lorentz, mais n »a toujours pas pu rendre compte de phénomènes tels que l »effet Hall, et a conclu que la théorie des électrons ne pouvait pas expliquer entièrement les propriétés magnétiques des métaux. La thèse est acceptée en avril 1911, et Bohr effectue sa soutenance officielle le 13 mai. Harald avait reçu son doctorat l »année précédente. La thèse de Bohr est révolutionnaire, mais elle suscite peu d »intérêt en dehors de la Scandinavie car elle est rédigée en danois, une exigence de l »université de Copenhague à l »époque. En 1921, la physicienne néerlandaise Hendrika Johanna van Leeuwen déduira indépendamment de la thèse de Bohr un théorème qui est aujourd »hui connu sous le nom de théorème de Bohr-Van Leeuwen.

En 1910, Bohr rencontre Margrethe Nørlund, la sœur du mathématicien Niels Erik Nørlund. Bohr démissionne de l »Église du Danemark le 16 avril 1912, et Margrethe et lui se marient lors d »une cérémonie civile à l »hôtel de ville de Slagelse le 1er août. Des années plus tard, son frère Harald a lui aussi quitté l »église avant de se marier. L »aîné, Christian, est mort dans un accident de bateau en 1934, et un autre, Harald, est mort d »une méningite infantile. Aage Bohr est devenu un physicien accompli et a reçu le prix Nobel de physique en 1975, comme son père. Hans, un ingénieur chimiste, et Ernest, un avocat. Comme son oncle Harald, Ernest Bohr est devenu un athlète olympique, jouant au hockey sur gazon pour le Danemark aux Jeux olympiques d »été de 1948 à Londres.

Modèle de Bohr

En septembre 1911, Bohr, soutenu par une bourse de la Fondation Carlsberg, se rend en Angleterre, où se déroulent la plupart des travaux théoriques sur la structure des atomes et des molécules. Il rencontre J. J. Thomson du Cavendish Laboratory et du Trinity College de Cambridge. Il assiste aux conférences sur l »électromagnétisme données par James Jeans et Joseph Larmor, et fait quelques recherches sur les rayons cathodiques, mais ne parvient pas à impressionner Thomson. Il a plus de succès auprès de jeunes physiciens comme l »Australien William Lawrence Bragg et le Néo-Zélandais Ernest Rutherford, dont le modèle de l »atome de Rutherford à petit noyau central (1911) avait contesté le modèle du plum-pudding de Thomson (1904). Bohr reçoit une invitation de Rutherford à effectuer un travail post-doctoral à l »université Victoria de Manchester, où Bohr rencontre George de Hevesy et Charles Galton Darwin (que Bohr qualifie de « petit-fils du vrai Darwin »).

Bohr est retourné au Danemark en juillet 1912 pour son mariage, et a voyagé en Angleterre et en Écosse pendant sa lune de miel. A son retour, il devient privatdocent à l »Université de Copenhague, donnant des cours sur la thermodynamique. Martin Knudsen propose le nom de Bohr pour un poste de professeur, qui est approuvé en juillet 1913, et Bohr commence alors à enseigner aux étudiants en médecine. Ses trois articles, qui deviendront plus tard célèbres sous le nom de « trilogie », sont publiés dans le Philosophical Magazine en juillet, septembre et novembre de la même année. Il adapte la structure nucléaire de Rutherford à la théorie quantique de Max Planck et crée ainsi son modèle Bohr de l »atome.

Les modèles planétaires des atomes n »étaient pas nouveaux, mais le traitement de Bohr l »était. Partant de l »article de Darwin de 1912 sur le rôle des électrons dans l »interaction des particules alpha avec un noyau, il a avancé la théorie des électrons voyageant sur des orbites d » »états stationnaires » quantifiés autour du noyau de l »atome afin de stabiliser ce dernier, mais ce n »est qu »en 1921 qu »il a montré que les propriétés chimiques de chaque élément étaient largement déterminées par le nombre d »électrons sur les orbites extérieures de ses atomes. Il a introduit l »idée qu »un électron pouvait passer d »une orbite à haute énergie à une orbite à basse énergie, émettant ainsi un quantum d »énergie discrète. Cette idée est devenue la base de ce que l »on appelle aujourd »hui l »ancienne théorie quantique.

En 1885, Johann Balmer avait mis au point sa série de Balmer pour décrire les lignes spectrales visibles d »un atome d »hydrogène :

où λ est la longueur d »onde de la lumière absorbée ou émise et RH est la constante de Rydberg. La formule de Balmer a été corroborée par la découverte de lignes spectrales supplémentaires, mais pendant trente ans, personne n »a pu expliquer pourquoi elle fonctionnait. Dans le premier article de sa trilogie, Bohr est parvenu à la dériver de son modèle :

où me est la masse de l »électron, e est sa charge, h est la constante de Planck et Z est le numéro atomique de l »atome (1 pour l »hydrogène).

Le premier obstacle du modèle était la série de Pickering, des lignes qui ne correspondaient pas à la formule de Balmer. Mis en cause par Alfred Fowler, Bohr répond qu »elles sont dues à l »hélium ionisé, c »est-à-dire à des atomes d »hélium ne possédant qu »un seul électron. Le modèle de Bohr s »est avéré fonctionner pour de tels ions. De nombreux physiciens plus âgés, comme Thomson, Rayleigh et Hendrik Lorentz, n »apprécient pas la trilogie, mais la jeune génération, dont Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born et Arnold Sommerfeld, la considère comme une percée. L »acceptation de la trilogie était entièrement due à sa capacité à expliquer des phénomènes qui bloquaient d »autres modèles, et à prédire des résultats qui ont ensuite été vérifiés par des expériences. Aujourd »hui, le modèle de l »atome de Bohr a été dépassé, mais il reste le modèle le plus connu de l »atome, puisqu »il apparaît souvent dans les textes de physique et de chimie des lycées.

Bohr n »aime pas enseigner aux étudiants en médecine. Il décide de retourner à Manchester, où Rutherford lui offre un poste de lecteur à la place de Darwin, dont le mandat a expiré. Bohr accepte. Il prend un congé de l »Université de Copenhague, qu »il commence par passer des vacances dans le Tyrol avec son frère Harald et sa tante Hanna Adler. Il y visite l »université de Göttingen et l »université Ludwig-Maximilian de Munich, où il rencontre Sommerfeld et dirige des séminaires sur la trilogie. La Première Guerre mondiale éclate alors qu »ils sont au Tyrol, ce qui complique considérablement le retour au Danemark et le voyage ultérieur de Bohr avec Margrethe en Angleterre, où il arrive en octobre 1914. Ils y restent jusqu »en juillet 1916, date à laquelle il est nommé à la chaire de physique théorique de l »université de Copenhague, un poste créé spécialement pour lui. Son poste de professeur est supprimé à la même époque, ce qui l »oblige à enseigner la physique aux étudiants en médecine. Les nouveaux professeurs ont été officiellement présentés au roi Christian X, qui s »est dit ravi de rencontrer un joueur de football aussi célèbre.

Institut de Physique

En avril 1917, Bohr entame une campagne pour la création d »un Institut de physique théorique. Il obtient le soutien du gouvernement danois et de la Fondation Carlsberg, et des contributions importantes sont également apportées par l »industrie et des donateurs privés, dont beaucoup sont juifs. La loi portant création de l »institut est adoptée en novembre 1918. Désormais connu sous le nom d »Institut Niels Bohr, il a ouvert ses portes le 3 mars 1921, avec Bohr comme directeur. Sa famille s »est installée dans un appartement au premier étage. L »institut de Bohr a servi de point de convergence pour les chercheurs en mécanique quantique et autres sujets connexes dans les années 1920 et 1930, lorsque la plupart des physiciens théoriques les plus connus au monde ont passé du temps en sa compagnie. Parmi les premiers arrivés figurent Hans Kramers des Pays-Bas, Oskar Klein de Suède, George de Hevesy de Hongrie, Wojciech Rubinowicz de Pologne et Svein Rosseland de Norvège. Bohr fut largement apprécié comme leur hôte sympathique et leur éminent collègue. Klein et Rosseland ont produit la première publication de l »institut avant même son ouverture.

Le modèle de Bohr fonctionnait bien pour l »hydrogène et l »hélium ionisé à un seul électron, ce qui impressionnait Einstein, mais ne pouvait pas expliquer les éléments plus complexes. En 1919, Bohr s »éloigne de l »idée que les électrons gravitent autour du noyau et développe une heuristique pour les décrire. Les éléments de terres rares posaient un problème de classification particulier aux chimistes, car ils étaient chimiquement très similaires. En 1924, Wolfgang Pauli a découvert le principe d »exclusion de Pauli, ce qui a donné une base théorique solide aux modèles de Bohr. Bohr a alors pu déclarer que l »élément 72, qui n »avait pas encore été découvert, n »était pas un élément des terres rares, mais un élément aux propriétés chimiques similaires à celles du zirconium. (Les éléments avaient été prédits et découverts depuis 1871 grâce à leurs propriétés chimiques) et Bohr est immédiatement contesté par le chimiste français Georges Urbain, qui affirme avoir découvert un élément des terres rares 72, qu »il appelle « celtium ». À l »Institut de Copenhague, Dirk Coster et George de Hevesy relèvent le défi de prouver que Bohr a raison et Urbain tort. Partir d »une idée claire des propriétés chimiques de l »élément inconnu a grandement simplifié le processus de recherche. Ils parcourent les échantillons du Musée de minéralogie de Copenhague à la recherche d »un élément semblable au zirconium et le trouvent rapidement. L »élément, qu »ils ont nommé hafnium (Hafnia étant le nom latin de Copenhague), s »est avéré plus commun que l »or.

En 1922, Bohr a reçu le prix Nobel de physique « pour ses services dans l »étude de la structure des atomes et du rayonnement qui en émane ». Ce prix reconnaissait ainsi à la fois la Trilogie et ses premiers travaux de pointe dans le domaine émergent de la mécanique quantique. Pour sa conférence Nobel, Bohr a donné à son auditoire un aperçu complet de ce qui était alors connu sur la structure de l »atome, y compris le principe de correspondance qu »il avait formulé. Ce principe stipule que le comportement des systèmes décrits par la théorie quantique reproduit la physique classique dans la limite des grands nombres quantiques.

La découverte de la diffusion Compton par Arthur Holly Compton en 1923 a convaincu la plupart des physiciens que la lumière était composée de photons et que l »énergie et la quantité de mouvement étaient conservées dans les collisions entre électrons et photons. En 1924, Bohr, Kramers et John C. Slater, un physicien américain travaillant à l »Institut de Copenhague, ont proposé la théorie Bohr-Kramers-Slater (BKS). Il s »agissait davantage d »un programme que d »une théorie physique à part entière, car les idées développées n »étaient pas élaborées quantitativement. La théorie BKS est devenue la dernière tentative de comprendre l »interaction entre la matière et le rayonnement électromagnétique sur la base de l »ancienne théorie quantique, dans laquelle les phénomènes quantiques étaient traités en imposant des restrictions quantiques à une description ondulatoire classique du champ électromagnétique.

La modélisation du comportement atomique sous un rayonnement électromagnétique incident à l »aide d » »oscillateurs virtuels » aux fréquences d »absorption et d »émission, plutôt qu »aux fréquences apparentes (différentes) des orbites de Bohr, a conduit Max Born, Werner Heisenberg et Kramers à explorer différents modèles mathématiques. Ils ont conduit au développement de la mécanique matricielle, la première forme de la mécanique quantique moderne. La théorie de BKS a également suscité des discussions sur les difficultés liées aux fondements de l »ancienne théorie quantique, et a relancé l »attention sur ces difficultés. L »élément le plus provocateur de la théorie de BKS, à savoir que la quantité de mouvement et l »énergie ne seraient pas nécessairement conservées dans chaque interaction, mais seulement statistiquement, s »est rapidement avéré être en contradiction avec les expériences menées par Walther Bothe et Hans Geiger. À la lumière de ces résultats, Bohr informe Darwin qu » »il n »y a rien d »autre à faire que de donner à nos efforts révolutionnaires des funérailles aussi honorables que possible ».

Mécanique quantique

L »introduction du spin par George Uhlenbeck et Samuel Goudsmit en novembre 1925 constitue une étape importante. Le mois suivant, Bohr se rend à Leyde pour assister aux célébrations du 50e anniversaire de la remise du doctorat à Hendrick Lorentz. Lorsque son train s »arrête à Hambourg, il est accueilli par Wolfgang Pauli et Otto Stern, qui lui demandent son avis sur la théorie du spin. Bohr leur fait remarquer qu »il a des inquiétudes quant à l »interaction entre les électrons et les champs magnétiques. Lorsqu »il arrive à Leyde, Paul Ehrenfest et Albert Einstein informent Bohr qu »Einstein a résolu ce problème en utilisant la relativité. Bohr demande alors à Uhlenbeck et Goudsmit d »intégrer cette information dans leur article. Ainsi, lorsqu »il rencontre Werner Heisenberg et Pascual Jordan à Göttingen sur le chemin du retour, il est devenu, selon ses propres termes, « un prophète de l »évangile de l »aimant électronique ».

Heisenberg vint d »abord à Copenhague en 1924, puis retourna à Göttingen en juin 1925, développant peu après les fondements mathématiques de la mécanique quantique. Lorsqu »il montre ses résultats à Max Born à Göttingen, ce dernier se rend compte que la meilleure façon de les exprimer est d »utiliser des matrices. Ces travaux attirent l »attention du physicien britannique Paul Dirac, qui vient à Copenhague pour six mois en septembre 1926. Le physicien autrichien Erwin Schrödinger est également venu en 1926. Sa tentative d »expliquer la physique quantique en termes classiques à l »aide de la mécanique ondulatoire impressionne Bohr, qui estime qu »elle contribue « tellement à la clarté et à la simplicité mathématiques qu »elle représente un progrès gigantesque par rapport à toutes les formes précédentes de mécanique quantique ».

Lorsque Kramers quitte l »institut en 1926 pour occuper une chaire de professeur de physique théorique à l »université d »Utrecht, Bohr s »arrange pour qu »Heisenberg revienne et prenne la place de Kramers comme lektor à l »université de Copenhague. Heisenberg travaille à Copenhague comme professeur d »université et assistant de Bohr de 1926 à 1927.

Bohr devient convaincu que la lumière se comporte à la fois comme des ondes et des particules et, en 1927, des expériences confirment l »hypothèse de de Broglie selon laquelle la matière (comme les électrons) se comporte également comme des ondes. Il conçoit le principe philosophique de complémentarité : les éléments peuvent avoir des propriétés apparemment mutuellement exclusives, comme être une onde ou un flux de particules, selon le cadre expérimental. Il estimait que ce principe n »était pas pleinement compris par les philosophes professionnels.

En février 1927, Heisenberg a développé la première version du principe d »incertitude, le présentant à l »aide d »une expérience de pensée où un électron était observé à travers un microscope à rayons gamma. Bohr n »était pas satisfait de l »argument d »Heisenberg, car il exigeait seulement qu »une mesure perturbe des propriétés qui existaient déjà, plutôt que l »idée plus radicale que les propriétés de l »électron ne pouvaient pas du tout être discutées en dehors du contexte dans lequel elles étaient mesurées. Dans un article présenté à la Conférence de Volta à Côme en septembre 1927, Bohr souligne que les relations d »incertitude d »Heisenberg peuvent être dérivées de considérations classiques sur le pouvoir de résolution des instruments optiques. La compréhension de la véritable signification de la complémentarité nécessiterait, selon Bohr, une « enquête plus approfondie ». Einstein préférait le déterminisme de la physique classique à la nouvelle physique quantique probabiliste à laquelle il avait lui-même contribué. Les questions philosophiques soulevées par les nouveaux aspects de la mécanique quantique sont devenues des sujets de discussion très prisés. Einstein et Bohr ont eu des discussions bon enfant sur ces questions tout au long de leur vie.

En 1914, Carl Jacobsen, l »héritier des brasseries Carlsberg, a légué son manoir pour qu »il soit utilisé à vie par le Danois ayant apporté la contribution la plus importante à la science, à la littérature ou aux arts, en tant que résidence honorifique (en danois : Æresbolig). Harald Høffding en avait été le premier occupant et, à sa mort en juillet 1931, l »Académie royale danoise des sciences et des lettres en a donné l »occupation à Bohr. Il s »y installe avec sa famille en 1932. Il a été élu président de l »Académie le 17 mars 1939.

En 1929, le phénomène de désintégration bêta incite Bohr à suggérer à nouveau l »abandon de la loi de conservation de l »énergie, mais le neutrino hypothétique d »Enrico Fermi et la découverte du neutron en 1932 fournissent une autre explication. Cela a incité Bohr à créer une nouvelle théorie du noyau composé en 1936, qui expliquait comment les neutrons pouvaient être capturés par le noyau. Dans ce modèle, le noyau pouvait être déformé comme une goutte de liquide. Il travaille sur cette théorie avec un nouveau collaborateur, le physicien danois Fritz Kalckar, qui meurt soudainement en 1938.

La découverte de la fission nucléaire par Otto Hahn en décembre 1938 (et son explication théorique par Lise Meitner) suscite un vif intérêt chez les physiciens. Bohr apporte la nouvelle aux États-Unis où il ouvre la cinquième conférence de Washington sur la physique théorique avec Fermi le 26 janvier 1939. Lorsque Bohr dit à George Placzek que cela résout tous les mystères des éléments transuraniens, Placzek lui répond qu »il en reste un : les énergies de capture des neutrons de l »uranium ne correspondent pas à celles de sa désintégration. Bohr y réfléchit quelques minutes, puis annonce à Placzek, Léon Rosenfeld et John Wheeler : « J »ai tout compris. » Sur la base de son modèle de goutte liquide du noyau, Bohr conclut que c »est l »isotope 235 de l »uranium et non l »uranium 238, plus abondant, qui est principalement responsable de la fission avec les neutrons thermiques. En avril 1940, John R. Dunning a démontré que Bohr avait raison. Entre-temps, Bohr et Wheeler ont élaboré un traitement théorique qu »ils ont publié en septembre 1939 dans un article intitulé « The Mechanism of Nuclear Fission ».

Heisenberg a dit de Bohr qu »il était « avant tout un philosophe, pas un physicien ». Bohr a lu le philosophe existentialiste chrétien danois du 19ème siècle, Søren Kierkegaard. Richard Rhodes a soutenu dans The Making of the Atomic Bomb que Bohr a été influencé par Kierkegaard par l »intermédiaire de Høffding. En 1909, Bohr a envoyé à son frère les Étapes du chemin de la vie de Kierkegaard comme cadeau d »anniversaire. Dans la lettre jointe, Bohr écrit : » C »est la seule chose que j »ai à envoyer à la maison ; mais je ne crois pas qu »il serait très facile de trouver quelque chose de mieux…. Je pense même que c »est l »une des choses les plus délicieuses que j »aie jamais lues ». Bohr a apprécié la langue et le style littéraire de Kierkegaard, mais a mentionné qu »il avait quelques désaccords avec la philosophie de Kierkegaard. Certains biographes de Bohr ont suggéré que ce désaccord provenait du fait que Kierkegaard défendait le christianisme, alors que Bohr était athée.

La question de savoir dans quelle mesure Kierkegaard a influencé la philosophie et la science de Bohr a fait l »objet de controverses. David Favrholdt a soutenu que Kierkegaard a eu une influence minime sur le travail de Bohr, en prenant pour argent comptant la déclaration de Bohr sur son désaccord avec Kierkegaard, tandis que Jan Faye a soutenu que l »on peut être en désaccord avec le contenu d »une théorie tout en acceptant ses prémisses générales et sa structure.

Physique quantique

Les opinions de Bohr et sa philosophie de la mécanique quantique ont fait l »objet de nombreux débats et discussions par la suite. En ce qui concerne son interprétation ontologique du monde quantique, Bohr a été considéré comme un anti-réaliste, un instrumentaliste, un réaliste phénoménologique ou un autre type de réaliste. En outre, bien que certains aient considéré Bohr comme un subjectiviste ou un positiviste, la plupart des philosophes s »accordent à dire qu »il s »agit d »une mauvaise compréhension de Bohr, car il n »a jamais défendu le vérificationnisme ou l »idée que le sujet avait un impact direct sur le résultat d »une mesure.

Bohr a souvent été cité comme ayant dit qu »il n »y avait « pas de monde quantique » mais seulement une « description physique quantique abstraite ». Cette phrase n »a pas été prononcée par Bohr, mais par Aage Petersen, qui tentait de résumer la philosophie de Bohr dans une réminiscence après la mort de ce dernier. N. David Mermin se souvient de Victor Weisskopf déclarant que Bohr n »aurait rien dit de tel et s »exclamant : « Honte à Aage Petersen pour avoir mis ces mots ridicules dans la bouche de Bohr ! ».

De nombreux chercheurs ont affirmé que la philosophie d »Emmanuel Kant a eu une forte influence sur Bohr. Comme Kant, Bohr pensait que la distinction entre l »expérience du sujet et l »objet était une condition importante pour atteindre la connaissance. Cela ne peut se faire que par l »utilisation de concepts causaux et spatio-temporels pour décrire l »expérience du sujet. Ainsi, selon Jan Faye, Bohr pensait que c »est grâce à des concepts « classiques » comme « espace », « position », « temps », « causalité » et « momentum » que l »on peut parler des objets et de leur existence objective. Bohr soutenait que les concepts de base comme le « temps » sont intégrés dans notre langage ordinaire et que les concepts de la physique classique ne sont qu »un raffinement de ceux-ci. Par conséquent, pour Bohr, nous devons utiliser des concepts classiques pour décrire les expériences qui portent sur le monde quantique. Bohr écrit :

Il est décisif de reconnaître que, quelle que soit la mesure dans laquelle les phénomènes transcendent la portée de l »explication physique classique, le compte rendu de toutes les preuves doit être exprimé en termes classiques. L »argument est simple : par le mot « expérience », nous faisons référence à une situation dans laquelle nous pouvons dire aux autres ce que nous avons fait et ce que nous avons appris et, par conséquent, le compte rendu du dispositif expérimental et des résultats des observations doit être exprimé dans un langage sans ambiguïté, avec une application appropriée de la terminologie de la physique classique (APHK, p. 39).

Selon Faye, il existe plusieurs explications pour expliquer pourquoi Bohr pensait que les concepts classiques étaient nécessaires pour décrire les phénomènes quantiques. Faye regroupe les explications en cinq cadres : l »empirisme, le kantianisme (ou les modèles néo-kantiens d »épistémologie dans lesquels les idées classiques sont des concepts a priori que l »esprit impose aux impressions sensorielles), le pragmatisme (qui se concentre sur la façon dont les êtres humains interagissent de manière expérimentale avec les systèmes atomiques en fonction de leurs besoins et de leurs intérêts), le darwinisme (c »est-à-dire que nous sommes adaptés pour utiliser des concepts de type classique, pour lesquels nous avons évolué, selon Léon Rosenfeld) et l »expérimentalisme (qui se concentre strictement sur la fonction et le résultat des expériences qui doivent donc être décrites de manière classique). Ces explications ne s »excluent pas mutuellement, et Bohr semble parfois mettre l »accent sur certains de ces aspects, tandis qu »à d »autres moments, il se concentre sur d »autres éléments. Selon Faye, « Bohr considérait l »atome comme réel. Les atomes ne sont ni des constructions heuristiques ni des constructions logiques. » Cependant, selon Faye, il ne croyait pas « que le formalisme mécanique quantique était vrai dans le sens où il nous donnait une représentation littérale (« picturale ») plutôt que symbolique du monde quantique. » Par conséquent, la théorie de la complémentarité de Bohr « est avant tout une lecture sémantique et épistémologique de la mécanique quantique qui comporte certaines implications ontologiques. » Comme l »explique Faye, la thèse de l »indéfinissabilité de Bohr est que

les conditions de vérité des phrases attribuant une certaine valeur cinématique ou dynamique à un objet atomique dépendent de l »appareil impliqué, de telle sorte que ces conditions de vérité doivent inclure une référence au dispositif expérimental ainsi qu »au résultat réel de l »expérience.

Faye note que l »interprétation de Bohr ne fait aucune référence à un « effondrement de la fonction d »onde pendant les mesures » (et en effet, il n »a jamais mentionné cette idée). Au lieu de cela, Bohr « a accepté l »interprétation statistique de Born parce qu »il croyait que la fonction ψ n »a qu »une signification symbolique et ne représente rien de réel. » Puisque pour Bohr, la fonction ψ n »est pas une représentation picturale littérale de la réalité, il ne peut y avoir d »effondrement réel de la fonction d »onde.

Un point très débattu dans la littérature récente est ce que Bohr pensait des atomes et de leur réalité et s »ils sont autre chose que ce qu »ils semblent être. Certains, comme Henry Folse, soutiennent que Bohr voyait une distinction entre les phénomènes observés et une réalité transcendantale. Jan Faye n »est pas d »accord avec cette position et soutient que pour Bohr, le formalisme quantique et la complémentarité étaient la seule chose que nous pouvions dire sur le monde quantique et qu » »il n »y a pas d »autre preuve dans les écrits de Bohr indiquant que Bohr attribuerait aux objets atomiques des propriétés d »état intrinsèques et indépendantes de la mesure (bien que tout à fait inintelligibles et inaccessibles pour nous) en plus des propriétés classiques qui se manifestent dans la mesure. »

La montée du nazisme en Allemagne a incité de nombreux universitaires à fuir leur pays, soit parce qu »ils étaient juifs, soit parce qu »ils étaient des opposants politiques au régime nazi. En 1933, la Fondation Rockefeller a créé un fonds pour aider à soutenir les universitaires réfugiés, et Bohr a discuté de ce programme avec le président de la Fondation Rockefeller, Max Mason, en mai 1933, lors d »une visite aux États-Unis. Bohr a offert aux réfugiés des emplois temporaires à l »institut, leur a fourni un soutien financier, a fait en sorte qu »ils obtiennent des bourses de la Fondation Rockefeller et leur a finalement trouvé des places dans des institutions du monde entier. Parmi ceux qu »il a aidés figurent Guido Beck, Felix Bloch, James Franck, George de Hevesy, Otto Frisch, Hilde Levi, Lise Meitner, George Placzek, Eugene Rabinowitch, Stefan Rozental, Erich Ernst Schneider, Edward Teller, Arthur von Hippel et Victor Weisskopf.

En avril 1940, au début de la Seconde Guerre mondiale, l »Allemagne nazie envahit et occupe le Danemark. Pour empêcher les Allemands de découvrir les médailles Nobel en or de Max von Laue et de James Franck, Bohr demande à de Hevesy de les dissoudre dans de l »eau régale. Sous cette forme, elles ont été conservées sur une étagère de l »Institut jusqu »après la guerre, lorsque l »or a été précipité et que les médailles ont été frappées à nouveau par la Fondation Nobel. La propre médaille de Bohr avait été donnée à une vente aux enchères au profit du Fonds d »aide aux Finlandais, et a été vendue aux enchères en mars 1940, avec la médaille d »August Krogh. L »acheteur a ensuite fait don des deux médailles au Musée historique danois du château de Frederiksborg, où elles sont toujours conservées.

Bohr a continué à faire fonctionner l »Institut, mais tous les chercheurs étrangers sont partis.

Rencontre avec Heisenberg

Bohr était conscient de la possibilité d »utiliser l »uranium 235 pour construire une bombe atomique, il y a fait référence lors de conférences en Grande-Bretagne et au Danemark peu avant et après le début de la guerre, mais il ne pensait pas qu »il était techniquement possible d »extraire une quantité suffisante d »uranium 235. En septembre 1941, Heisenberg, qui était devenu le chef du projet allemand sur l »énergie nucléaire, rendit visite à Bohr à Copenhague. Au cours de cette rencontre, les deux hommes s »accordent un moment d »intimité à l »extérieur, dont la teneur a donné lieu à de nombreuses spéculations, les deux hommes donnant des comptes rendus divergents. Selon Heisenberg, il a commencé à aborder l »énergie nucléaire, la moralité et la guerre, ce à quoi Bohr semble avoir réagi en mettant fin à la conversation de manière abrupte, sans donner à Heisenberg d »indications sur ses propres opinions. Ivan Supek, un des étudiants et amis d »Heisenberg, a affirmé que le sujet principal de la réunion était Carl Friedrich von Weizsäcker, qui avait proposé d »essayer de persuader Bohr de servir de médiateur de paix entre la Grande-Bretagne et l »Allemagne.

En 1957, Heisenberg écrit à Robert Jungk, qui travaille alors sur le livre Brighter than a Thousand Suns : A Personal History of the Atomic Scientists. Heisenberg explique qu »il s »est rendu à Copenhague pour communiquer à Bohr le point de vue de plusieurs scientifiques allemands, à savoir que la production d »une arme nucléaire est possible au prix de grands efforts, ce qui entraîne d »énormes responsabilités pour les scientifiques du monde entier, des deux côtés. Lorsque Bohr a vu la description de Jungk dans la traduction danoise du livre, il a rédigé (mais n »a jamais envoyé) une lettre à Heisenberg, déclarant qu »il n »avait jamais compris le but de la visite d »Heisenberg, qu »il était choqué par l »opinion d »Heisenberg selon laquelle l »Allemagne gagnerait la guerre, et que les armes atomiques pourraient être décisives.

La pièce de 1998 de Michael Frayn, Copenhagen, explore ce qui aurait pu se passer lors de la rencontre de 1941 entre Heisenberg et Bohr. Une version télévisuelle de la pièce a été diffusée pour la première fois le 26 septembre 2002, avec Stephen Rea dans le rôle de Bohr, Daniel Craig dans celui d »Heisenberg et Francesca Annis dans celui de Margrethe Bohr. La même rencontre avait déjà été mise en scène dans la série documentaire scientifique Horizon de la BBC en 1992, avec Anthony Bate dans le rôle de Bohr et Philip Anthony dans celui d »Heisenberg. La réunion est également mise en scène dans le film norvégien

Le projet Manhattan

En septembre 1943, Bohr et son frère Harald apprennent que les nazis considèrent leur famille comme juive, puisque leur mère l »est, et qu »ils risquent donc d »être arrêtés. La résistance danoise aide Bohr et sa femme à s »échapper par la mer vers la Suède le 29 septembre. Le lendemain, Bohr persuade le roi Gustaf V de Suède de rendre publique la volonté de la Suède d »accorder l »asile aux réfugiés juifs. Le 2 octobre 1943, la radio suédoise a diffusé que la Suède était prête à offrir l »asile, et le sauvetage massif des Juifs danois par leurs compatriotes a suivi rapidement. Certains historiens affirment que les actions de Bohr ont conduit directement au sauvetage en masse, tandis que d »autres disent que, bien que Bohr ait fait tout ce qu »il pouvait pour ses compatriotes, ses actions n »ont pas eu une influence décisive sur les événements. Finalement, plus de 7 000 Juifs danois ont fui vers la Suède.

Lorsque la nouvelle de l »évasion de Bohr atteint la Grande-Bretagne, Lord Cherwell envoie un télégramme à Bohr lui demandant de venir en Grande-Bretagne. Bohr arrive en Écosse le 6 octobre dans un de Havilland Mosquito exploité par la British Overseas Airways Corporation (BOAC). Les Mosquitos étaient des bombardiers à grande vitesse non armés qui avaient été convertis pour transporter de petites cargaisons de valeur ou des passagers importants. En volant à grande vitesse et à haute altitude, ils pouvaient traverser la Norvège occupée par les Allemands, tout en évitant les chasseurs allemands. Bohr, équipé d »un parachute, d »une combinaison de vol et d »un masque à oxygène, a passé les trois heures de vol allongé sur un matelas dans la soute à bombes de l »avion. Pendant le vol, Bohr n »a pas porté son casque de vol, car il était trop petit, et n »a donc pas entendu l »instruction par interphone du pilote de mettre en marche son alimentation en oxygène lorsque l »avion est monté à haute altitude pour survoler la Norvège. Il s »est évanoui par manque d »oxygène et n »a repris connaissance que lorsque l »avion est descendu à une altitude plus basse au-dessus de la mer du Nord. Aage, le fils de Bohr, a suivi son père en Grande-Bretagne sur un autre vol une semaine plus tard, et est devenu son assistant personnel.

Bohr est chaleureusement accueilli par James Chadwick et Sir John Anderson, mais pour des raisons de sécurité, Bohr est tenu à l »écart. On lui donne un appartement à St James »s Palace et un bureau avec l »équipe de développement des armes nucléaires de British Tube Alloys. Bohr est étonné de la quantité de progrès qui a été faite. Chadwick s »arrange pour que Bohr se rende aux Etats-Unis en tant que consultant de Tube Alloys, avec Aage comme assistant. Le 8 décembre 1943, Bohr arrive à Washington, D.C., où il rencontre le directeur du projet Manhattan, le général de brigade Leslie R. Groves Jr. Il rend visite à Einstein et Pauli à l »Institut d »études avancées de Princeton, dans le New Jersey, et se rend à Los Alamos au Nouveau-Mexique, où les armes nucléaires sont conçues. Pour des raisons de sécurité, il se fait appeler « Nicholas Baker » aux États-Unis, tandis qu »Aage devient « James Baker ». En mai 1944, le journal de la résistance danoise De frie Danske rapporte qu »il a appris que « le célèbre fils du Danemark, le professeur Niels Bohr » a fui son pays en octobre de l »année précédente, via la Suède, pour se rendre à Londres, puis à Moscou, d »où l »on peut supposer qu »il soutient l »effort de guerre.

Bohr n »est pas resté à Los Alamos, mais a effectué une série de visites prolongées au cours des deux années suivantes. Robert Oppenheimer attribue à Bohr le mérite d »agir « comme une figure paternelle scientifique pour les plus jeunes », notamment Richard Feynman. Bohr aurait dit : « Ils n »avaient pas besoin de mon aide pour fabriquer la bombe atomique. » Oppenheimer a attribué à Bohr une contribution importante aux travaux sur les initiateurs de neutrons modulés. « Ce dispositif restait une énigme tenace », note Oppenheimer, « mais au début de février 1945, Niels Bohr a clarifié ce qu »il fallait faire. »

Bohr a compris très tôt que les armes nucléaires allaient changer les relations internationales. En avril 1944, il reçoit une lettre de Peter Kapitza, écrite quelques mois auparavant alors que Bohr était en Suède, l »invitant à venir en Union soviétique. Cette lettre convainc Bohr que les Soviétiques sont conscients du projet anglo-américain et qu »ils s »efforcent de le rattraper. Il envoie à Kapitza une réponse sans engagement, qu »il montre aux autorités britanniques avant de la poster. Bohr rencontre Churchill le 16 mai 1944, mais constate que « nous ne parlons pas le même langage ». Churchill n »est pas d »accord avec l »idée d »ouverture envers les Russes au point qu »il écrit dans une lettre : « Il me semble que Bohr devrait être confiné ou, en tout cas, on devrait lui faire comprendre qu »il est très proche du bord des crimes mortels. »

Oppenheimer a suggéré que Bohr rende visite au président Franklin D. Roosevelt pour le convaincre que le projet Manhattan devait être partagé avec les Soviétiques dans l »espoir d »en accélérer les résultats. L »ami de Bohr, le juge de la Cour suprême Felix Frankfurter, a informé le président Roosevelt des opinions de Bohr, et une rencontre entre eux a eu lieu le 26 août 1944. Roosevelt a suggéré que Bohr retourne au Royaume-Uni pour essayer de gagner l »approbation britannique. Lorsque Churchill et Roosevelt se rencontrent à Hyde Park le 19 septembre 1944, ils rejettent l »idée d »informer le monde du projet, et l »aide-mémoire de leur conversation contient un avenant stipulant que « des enquêtes doivent être menées concernant les activités du professeur Bohr et des mesures prises pour s »assurer qu »il n »est responsable d »aucune fuite d »information, en particulier vers les Russes ».

En juin 1950, Bohr a adressé aux Nations unies une « lettre ouverte » appelant à une coopération internationale sur l »énergie nucléaire. Dans les années 1950, après le premier essai d »arme nucléaire de l »Union soviétique, l »Agence internationale de l »énergie atomique est créée selon la suggestion de Bohr. En 1957, il a reçu le tout premier prix Atoms for Peace.

La guerre étant terminée, Bohr rentre à Copenhague le 25 août 1945 et est réélu président de l »Académie royale danoise des arts et des sciences le 21 septembre. Lors d »une réunion commémorative de l »Académie, le 17 octobre 1947, pour le roi Christian X, décédé en avril, le nouveau roi, Frédéric IX, annonce qu »il confère à Bohr l »Ordre de l »Éléphant. Cette distinction n »était normalement décernée qu »aux membres de la royauté et aux chefs d »État, mais le roi a déclaré qu »elle honorait non seulement Bohr personnellement, mais aussi la science danoise. Bohr a conçu ses propres armoiries, qui comportaient un taijitu (symbole du yin et du yang) et une devise en latin : contraria sunt complementa, « les opposés sont complémentaires ».

La Seconde Guerre mondiale a démontré que la science, et la physique en particulier, exigeait désormais des ressources financières et matérielles considérables. Afin d »éviter une fuite des cerveaux vers les Etats-Unis, douze pays européens s »associent pour créer le CERN, un organisme de recherche sur le modèle des laboratoires nationaux américains, destiné à entreprendre de grands projets scientifiques dépassant les ressources d »un seul d »entre eux. Des questions se posent rapidement quant au meilleur emplacement pour les installations. Bohr et Kramers estiment que l »Institut de Copenhague serait le site idéal. Pierre Auger, qui avait organisé les discussions préliminaires, n »était pas d »accord ; il estimait que Bohr et son Institut avaient atteint leur apogée et que la présence de Bohr ferait de l »ombre aux autres. Après un long débat, Bohr s »engagea à soutenir le CERN en février 1952, et Genève fut choisie comme site en octobre. Le Groupe de théorie du CERN fut basé à Copenhague jusqu »à ce que ses nouveaux locaux à Genève soient prêts en 1957. Victor Weisskopf, qui devint plus tard directeur général du CERN, résuma le rôle de Bohr en disant que « d »autres personnalités ont lancé et conçu l »idée du CERN. Mais l »enthousiasme et les idées des autres personnes n »auraient pas suffi si un homme de sa stature ne les avait pas soutenues. »

Entre-temps, les pays scandinaves ont formé l »Institut nordique de physique théorique en 1957, avec Bohr comme président. Il a également participé à la création de l »établissement de recherche Risø de la Commission danoise de l »énergie atomique, dont il a été le premier président à partir de février 1956.

Bohr meurt d »une insuffisance cardiaque à son domicile de Carlsberg le 18 novembre 1962. Il est incinéré et ses cendres sont enterrées dans la concession familiale du cimetière d »Assistens, dans le quartier de Nørrebro à Copenhague, avec celles de ses parents, de son frère Harald et de son fils Christian. Des années plus tard, les cendres de sa femme y seront également enterrées. Le 7 octobre 1965, à l »occasion de son 80e anniversaire, l »Institut de physique théorique de l »Université de Copenhague est officiellement rebaptisé pour porter le nom qu »il portait officieusement depuis de nombreuses années : l »Institut Niels Bohr.

Bohr a reçu de nombreux honneurs et récompenses. Outre le prix Nobel, il a reçu la médaille Hughes en 1921, la médaille Matteucci en 1923, la médaille Franklin en 1926, la médaille Copley en 1938, l »ordre de l »Éléphant en 1947, le prix Atoms for Peace en 1957 et le prix Sonning en 1961. Il est devenu membre étranger de l »Académie royale néerlandaise des arts et des sciences en 1923, et de la Royal Society en 1926. Le bicentenaire du modèle de Bohr a été commémoré au Danemark le 21 novembre 1963 par un timbre-poste représentant Bohr, l »atome d »hydrogène et la formule de la différence de deux niveaux d »énergie de l »hydrogène : h ν = ϵ 2 – ϵ 1 {displaystyle h u =epsilon _{2}-epsilon _{1}} . Plusieurs autres pays ont également émis des timbres-poste à l »effigie de Bohr. En 1997, la Banque nationale du Danemark a commencé à mettre en circulation le billet de 500 couronnes portant le portrait de Bohr fumant la pipe. Le 7 octobre 2012, pour célébrer le 127e anniversaire de Niels Bohr, un Google Doodle représentant le modèle de Bohr de l »atome d »hydrogène est apparu sur la page d »accueil de Google. Un astéroïde, 3948 Bohr, porte son nom, tout comme le cratère lunaire Bohr et le bohrium, élément chimique de numéro atomique 107.

Sources

Niels Bohr
Niels Bohr
^ a b Politiets Registerblade [Register cards of the Police] (in Danish). Copenhagen: Københavns Stadsarkiv. 7 June 1892. Station Dødeblade (indeholder afdøde i perioden). Filmrulle 0002. Registerblad 3341. ID 3308989. Archived from the original on 29 November 2014.
1 2 Архив по истории математики Мактьютор
1 2 BOHR NIELS // Encyclopædia Universalis (фр.) — Encyclopædia Britannica.
1 2 N.H.D. Bohr // KNAW Past Members (англ.)
А. Б. Мигдал. Указ. соч. — С. 305—306.
Celtium, em inglês
(en) « by any measure the most important result in all of quantum mechanics »