Un expert est une personne qui a commis toutes les erreurs possibles dans un domaine très étroit.
Niels Henrik David Bohr 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 d'une orbite à une autre. Bien que le modèle de Bohr ait été remplacé par d'autres modèles, ses principes sous-jacents restent valides. Il a conçu le principe de complémentarité : les éléments pourraient être analysés séparément en termes de propriétés contradictoires, comme se comporter comme une onde ou un flux de particules. La notion de complémentarité a dominé la pensée de Bohr à la fois en science et en philosophie.
Bohr a fondé l'Institut de physique théorique à l'Université de Copenhague, maintenant connu sous le nom d'Institut Niels Bohr, qui a ouvert ses portes en 1920. Bohr a encadré et collaboré avec des physiciens notamment Hans Kramers, Oskar Klein, George de Hevesy et Werner Heisenberg. Il a prédit l'existence d'un nouvel élément de type 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 en son honneur.
Au cours des années 1930, Bohr a aidé les réfugiés du nazisme. Après que le Danemark ait été occupé par les Allemands, il a eu une célèbre réunion avec Heisenberg, qui était devenu le responsable du projet allemand d'armes nucléaires. En septembre 1943, Bohr a appris qu'il était sur le point d'être arrêté par les Allemands, et il a fui en Suède. De là, il a été envoyé en Grande-Bretagne, où il a rejoint le projet d'armes nucléaires britannique Tube Alloys et a participé à la mission britannique du Projet Manhattan. Après la guerre, Bohr a appelé à la coopération internationale sur l'énergie nucléaire. Il a participé à l'établissement du CERN et de l'établissement de recherche Risø de la Commission danoise de l'énergie atomique et est devenu le premier président de l'Institut nordique de physique théorique en 1957.
Premières années
Bohr est né à Copenhague, au Danemark, le 7 octobre 1885, le deuxième de trois enfants de Christian Bohr, professeur de physiologie à l'Université de Copenhague, et Ellen Bohr née Adler, qui était la fille de David B. Adler de la riche famille bancaire danoise juive Adler. Il avait une sœur aînée, Jenny, et un frère cadet, Harald. Jenny est devenue enseignante, tandis que Harald est devenu mathématicien et footballeur qui a joué pour l'équipe nationale danoise aux Jeux olympiques d'été de 1908 à Londres. Niels était également un footballer passionné, et les deux frères ont joué plusieurs matchs pour l'Akademisk Boldklub Academic Football Club basé à Copenhague, avec Niels comme gardien de but.
Bohr a été éduqué à la Gammelholm Latin School, à partir de l'âge de sept ans. En 1903, Bohr s'est inscrit comme étudiant de premier cycle à l'Université de Copenhague. Sa spécialité était la physique, qu'il a étudiée sous le professeur Christian Christiansen, l'unique professeur de physique de l'université à cette époque. Il a également étudié l'astronomie et les mathématiques sous le professeur Thorvald Thiele, et la philosophie sous le professeur Harald Høffding, ami de son père.
En 1905, un concours de médaille d'or a été parrainé par l'Académie royale danoise des sciences et des lettres pour enquêter sur une méthode de mesure de la tension superficielle des liquides qui avait été proposée par Lord Rayleigh en 1879. Cela impliquait de 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 compléter ses expériences, il a dû fabriquer sa propre verrerie, créant des éprouvettes avec les sections transversales elliptiques requises. Il a dépassé 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 au lieu de simples infinitésimales. Son essai, qu'il a soumis à la dernière minute, a remporté le prix. Il a ensuite soumis une version améliorée du document à la Royal Society de Londres pour publication dans les Philosophical Transactions of the Royal Society.
des deux frères Bohr qui ont obtenu une maîtrise, qu'il a obtenue en mathématiques en avril 1909. Niels a attendu neuf mois supplémentaires pour obtenir la sienne sur la théorie électronique des métaux, un sujet assigné par son superviseur, Christiansen. Bohr a ensuite élaboré sa thèse de maîtrise en sa thèse beaucoup plus grande de doctorat en philosophie dr. phil. Il a examiné la littérature sur le sujet, en se concentrant sur un modèle postulé par Paul Drude et élaboré par Hendrik Lorentz, dans lequel les électrons dans 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 comme l'effet Hall, et a conclu que la théorie des électrons ne pouvait pas entièrement expliquer les propriétés magnétiques des métaux. La thèse a été acceptée en avril 1911, et Bohr a mené sa défense officielle le 13 mai. Harald avait reçu son doctorat l'année précédente. La thèse de Bohr était révolutionnaire, mais a attiré peu d'intérêt en dehors de la Scandinavie car elle était écrite en danois, une exigence de l'Université de Copenhague à l'époque. En 1921, le physicien néerlandais Hendrika Johanna van Leeuwen dériverait indépendamment un théorème de la thèse de Bohr qui est aujourd'hui connu sous le nom de théorème de Bohr-van Leeuwen.
En 1910, Bohr a rencontré Margrethe Nørlund, la sœur du mathématicien Niels Erik Nørlund. Bohr a démissionné de son adhésion à l'Église du Danemark le 16 avril 1912, et lui et Margrethe se sont mariés dans une cérémonie civile à l'hôtel de ville de Slagelse le 1er août. Des années plus tard, son frère Harald a également quitté l'église avant de se marier. Bohr et Margrethe ont eu six fils. L'aîné, Christian, est mort dans un accident de bateau en 1934, et un autre, Harald, est mort de la méningite infantile. Aage Bohr est devenu un physicien réputé, et en 1975, il a reçu le prix Nobel de physique, 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.
Physique
Modèle de Bohr
En septembre 1911, Bohr, soutenu par une bourse de la Fondation Carlsberg, s'est rendu en Angleterre. À l'époque, c'était là que se faisait la plupart des travaux théoriques sur la structure des atomes et des molécules. Il a rencontré J. J. Thomson du Cavendish Laboratory et du Trinity College, Cambridge. Il a assisté à des conférences sur l'électromagnétisme données par James Jeans et Joseph Larmor, et a mené des recherches sur les rayons cathodiques, mais n'a pas impressionné Thomson. Il a eu plus de succès avec de jeunes physiciens comme l'Australien William Lawrence Bragg et le Néo-Zélandais Ernest Rutherford, dont le modèle de Rutherford du noyau central petit de 1911 avait défié le modèle de pudding aux prunes de Thomson de 1904. Bohr a reçu une invitation de Rutherford pour effectuer un travail postdoctoral à la Victoria University of Manchester, où Bohr a rencontré George de Hevesy et Charles Galton Darwin que Bohr appelait « le petit-fils du vrai Darwin ».
Bohr est retourné au Danemark en juillet 1912 pour son mariage, et a voyagé autour de l'Angleterre et de l'Écosse lors de sa lune de miel. À son retour, il est devenu privatdocent à l'Université de Copenhague, donnant des conférences sur la thermodynamique. Martin Knudsen a proposé le nom de Bohr pour un docent, ce qui a été approuvé en juillet 1913, et Bohr a ensuite commencé à enseigner aux étudiants en médecine. Ses trois articles, qui sont devenus célèbres sous le nom de « la trilogie », ont été publiés dans Philosophical Magazine en juillet, septembre et novembre de cette année-là. Il a adapté la structure nucléaire de Rutherford à la théorie quantique de Max Planck et a ainsi créé son modèle de Bohr de l'atome.
Les modèles planétaires d'atomes n'étaient pas nouveaux, mais le traitement de Bohr l'était. Prenant l'article de Darwin de 1912 sur le rôle des électrons dans l'interaction des particules alpha avec un noyau comme point de départ, il a avancé la théorie des électrons se déplaçant en orbites autour du noyau de l'atome, les propriétés chimiques de chaque élément étant largement déterminées par le nombre d'électrons dans les orbites externes de ses atomes. Il a introduit l'idée qu'un électron pouvait descendre d'une orbite à plus haute énergie vers une plus basse, émettant dans le processus un quantum d'énergie discrète. Ceci devint une base de ce qu'on appelle maintenant l'ancienne théorie quantique.
En 1885, Johann Balmer était venu avec sa série de Balmer pour décrire les raies 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 raies spectrales supplémentaires, mais pendant trente ans, personne n'a pu expliquer pourquoi elle fonctionnait. Dans le premier article de sa trilogie, Bohr a pu 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 raies qui ne correspondaient pas à la formule de Balmer. Quand Alfred Fowler l'a remis en question, Bohr a répondu qu'elles étaient causées par l'hélium ionisé, des atomes d'hélium avec un seul électron. Le modèle de Bohr s'est avéré fonctionner pour de tels ions. De nombreux physiciens plus anciens, comme Thomson, Rayleigh et Hendrik Lorentz, n'aimaient pas la trilogie, mais la jeune génération, y compris Rutherford, David Hilbert, Albert Einstein, Enrico Fermi, Max Born et Arnold Sommerfeld, l'ont considérée comme une percée. L'acceptation de la trilogie était entièrement due à sa capacité à expliquer des phénomènes qui ont entravé d'autres modèles, et à prédire des résultats qui ont été ensuite vérifiés par des expériences. Aujourd'hui, le modèle de Bohr de l'atome a été remplacé, mais il reste le modèle d'atome le plus connu, car il figure souvent dans les textes de physique et de chimie du lycée.'
Bohr n'a pas aimé enseigner aux étudiants en médecine. Il a décidé de retourner à Manchester, où Rutherford lui avait offert un poste de lecteur à la place de Darwin, dont le mandat avait expiré. Bohr a accepté. Il a pris un congé de l'Université de Copenhague, qu'il a commencé en prenant des vacances au Tyrol avec son frère Harald et sa tante Hanna Adler. Là, il a visité l'Université de Göttingen et la Ludwig Maximilian University of Munich, où il a rencontré Sommerfeld et a mené des séminaires sur la trilogie. La Première Guerre mondiale a éclaté pendant qu'ils étaient au Tyrol, compliquant considérablement le voyage de retour au Danemark et le voyage ultérieur de Bohr avec Margrethe en Angleterre, où il est arrivé en octobre 1914. Ils sont restés jusqu'en juillet 1916, moment auquel il avait été nommé à la Chaire de physique théorique à l'Université de Copenhague, un poste créé spécialement pour lui. Son doctorat a été aboli au même moment, donc il devait toujours enseigner la physique aux étudiants en médecine. Les nouveaux professeurs ont été présentés formellement au roi Christian X, qui a exprimé sa joie de rencontrer un joueur de football aussi célèbre.
Institut de physique
En avril 1917, Bohr a lancé une campagne pour établir un Institut de physique théorique. Il a obtenu le soutien du gouvernement danois et de la Fondation Carlsberg, et des contributions importantes ont également été apportées par l'industrie et les donateurs privés, dont beaucoup étaient juifs. La législation établissant l'institut a été adoptée en novembre 1918. Maintenant connu sous le nom d'Institut Niels Bohr, il a ouvert ses portes le 3 mars 1921, avec Bohr comme directeur. Sa famille a emménagé dans un appartement au premier étage. L'institut de Bohr a servi de point focal pour les chercheurs en mécanique quantique et domaines connexes dans les années 1920 et 1930, quand la plupart des meilleurs physiciens théoriques connus du monde ont passé du temps en sa compagnie. Les premiers arrivants comprenaient Hans Kramers des Pays-Bas, Oskar Klein de Suède, George de Hevesy de Hongrie, Wojciech Rubinowicz de Pologne et Svein Rosseland de Norvège. Bohr est devenu largement apprécié comme hôte agréable et collègue éminent. Klein et Rosseland ont produit la première publication de l'institut même avant son ouverture.
Le modèle de Bohr fonctionnait bien pour l'hydrogène, mais ne pouvait pas expliquer les éléments plus complexes. D'ici 1919, Bohr s'écartait de l'idée que les électrons orbitaient le noyau et développait des heuristiques pour les décrire. Les éléments de terres rares posaient un problème de classification particulier pour les chimistes, car ils étaient chimiquement si similaires. Un développement important est venu en 1924 avec la découverte du principe d'exclusion de Pauli par Wolfgang Pauli, qui a mis les modèles de Bohr sur une base théorique solide. Bohr a alors pu déclarer que l'élément 72 encore non découvert n'était pas un élément de terre rare, mais un élément ayant des propriétés chimiques similaires à celles du zirconium. Il a été immédiatement remis en question par le chimiste français Georges Urbain, qui prétendait avoir découvert un élément de terre rare 72, qu'il appe
