Niels Bohr Biographie et Contributions

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

Il a travaillé avec d'autres scientifiques de renom et des lauréats du prix Nobel, tels que J.J. Thompson et Ernest Rutherford, qui l'ont encouragé à poursuivre ses recherches dans le domaine de l'atome.

L'intérêt de Bohr dans la structure atomique l'a amené à se déplacer entre les universités pour trouver celui qui vous donnera l'espace pour développer leurs recherches sur leurs propres termes.

Niels Bohr est parti des découvertes faites par Rutherford pour continuer à les développer jusqu'à ce qu'il puisse imprimer leur propre empreinte.

Bohr est venu d'avoir une famille de plus de six enfants, il tutorés d'autres sommités scientifiques comme Werner Heisenberg et président de l'Académie royale danoise des sciences et membre d'autres académies scientifiques du monde entier.

Index

• 1 Biographie
  • 1.1 études
  • 1.2 Relation avec Ernest Rutherford
  • 1.3 Institut nordique de physique théorique
  • 1.4 Ecole de Copenhague
  • 1.5 Seconde Guerre mondiale
  • 1.6 Retour à la maison et mort
• 2 Contributions et découvertes de Niels Bohr
  • 2.1 Modèle et structure de l'atome
  • 2.2 Concepts quantiques au niveau atomique
  • 2.3 Découverte du théorème de Bohr-van Leeuwen
  • 2.4 Principe de complémentarité
  • 2.5 Interprétation de Copenhague
  • 2.6 Structure du tableau périodique
  • 2.7 Réactions nucléaires
  • 2.8 Explication de la fission nucléaire
• 3 références

Biographie

Niels Bohr est né le 7 octobre 1885 à Copenhague, la capitale du Danemark. Le père de Niels était chrétien et professeur de physiologie à l'université de Copenhague.

Pour sa part, la mère de Niels était Ellen Adler, dont la famille était économiquement privilégiée, car elle avait une influence sur le secteur bancaire danois. La situation familiale de Niels lui permet d’avoir accès à une éducation considérée comme privilégiée à l’époque.

Études

Niels Bohr était intéressé par la physique, et a étudié à l'Université de Copenhague, où il a obtenu un diplôme de maîtrise en physique en 1911. Il a ensuite voyagé en Angleterre, où il a étudié au laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge.

La principale motivation pour étudier, il devait recevoir la tutelle de Joseph John Thomson, origine anglaise chimiste qui a reçu le prix Nobel en 1906 pour la découverte de l'électron, en particulier par des études faites sur le déplacement de l'électricité par les gaz .

Bohr avait l'intention de traduire en anglais sa thèse de doctorat, qui était précisément liée à l'étude des électrons. Cependant, Thomson n’a pas montré d’intérêt réel pour Bohr, raison pour laquelle ce dernier a décidé de partir et de se diriger vers 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 a également été l'assistant de Thomson et a par la suite remporté le prix Nobel. Bohr a beaucoup appris de Rutherford, en particulier dans le domaine de la radioactivité et des modèles d'atomes.

Au fil du temps, la collaboration entre les deux scientifiques se développait et leur lien amical se développait. L'un des événements sur 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, introverti, encore une série d'essais publiés en 1913 l'a rendu digne largement reconnu dans le domaine scientifique, ce qui fait de lui un personnage public reconnu. Ces essais étaient liés à sa conception de la structure de l'atome.

En 1916, Bohr rendu à Copenhague et là dans sa ville natale, il a commencé à enseigner la physique théorique à l'Université de Copenhague, les studios de la maison où il a été formé.

Etre dans cette position et grâce à la renommée qu'il avait acquise plus tôt, Bohr a assez d'argent qu'il était nécessaire de créer en 1920 l'Institut nordique pour la 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 l'Institut Niels Bohr, en l'honneur de son fondateur.

Très vite, cet institut est devenu une référence pour les découvertes les plus importantes étant faite au moment lié à l'atome et sa structure.

En peu de temps, l’Institut nordique de physique théorique était au même niveau que d’autres universités plus traditionnelles dans le domaine, telles que les universités allemandes de Göttingen et de Munich.

Ecole de Copenhague

Les années 1920 ont été très importantes pour Niels Bohr, car il a publié pendant ces années 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 à la base de la formation de l'École de mécanique quantique de Copenhague, également appelée Interprétation de Copenhague.

Cette école a rencontré des adversaires tels que 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.

Par ailleurs, en 1922, il a reçu le prix Nobel de physique pour ses expériences liées à la restructuration atomique. La même année, son fils unique, Aage Niels Bohr, est né et a été formé à l'institut présidé par Niels. Plus tard, il en devint le directeur et, en 1975, il reçut le prix Nobel de physique.

Au cours des années 30, Bohr s’installe aux États-Unis et s’attache à faire connaître le 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 revient à Copenhague et reçoit 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 fut contraint de fuir en Suède avec sa famille, Bohr étant d'origine juive.

De Suède, Bohr s'est rendu aux États-Unis. Il s’y installe et rejoint l’équipe de collaboration du projet Manhattan, qui produit la première bombe atomique. Ce projet a été réalisé dans un laboratoire situé à Los Alamos, au Nouveau-Mexique, et lors de sa participation à ce projet, Bohr a changé de nom pour s'appeler Nicholas Baker.

Retour à la maison et mort

À la fin de la Seconde Guerre mondiale, Bohr est retourné à Copenhague, où il a de nouveau été directeur de l’Institut nordique de physique théorique et a toujours préconisé l’utilisation de l’énergie atomique avec des objectifs utiles, toujours en quête d’efficacité.

Cette inclination est due au fait que Bohr était conscient des grands dégâts qui pourraient être causés par ce qu'il découvrait, et en même temps, il savait qu'il y avait une utilisation plus constructive pour ce type d'énergie puissante. Puis, depuis les années 1950, Niels Bohr se consacre à donner des conférences sur l'utilisation pacifique de l'énergie atomique.

Comme mentionné précédemment, Bohr n’a pas manqué l’ampleur de l’énergie atomique. En plus de plaider en faveur de son utilisation correcte, il a également précisé que c’était aux gouvernements de veiller à ce que cette énergie ne soit pas utilisée de manière destructive.

Cette notion a été présentée en 1951 dans un manifeste signé par plus d’une centaine de chercheurs et de 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 a décerné en 1957 le prix Atoms for Peace, décerné à des personnalités cherchant à promouvoir l’utilisation positive de ce type d’énergie.

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

Contributions et découvertes de Niels Bohr

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 des sciences en général. Il fut le premier à présenter l'atome comme un noyau chargé positivement et entouré par des électrons en orbite.

Bohr a réussi à découvrir le mécanisme de fonctionnement interne d'un atome: les électrons peuvent 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, grâce à 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 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 réussi à différencier la portée de la physique classique de la physique quantique.

Le théorème indique 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 le génie électrique.

Principe de complémentarité

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

Ce principe de complémentarité est né d’un autre postulat développé par Bohr: l’interprétation de Copenhague; fondamental pour l'investigation 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 possibles les processus mécaniques, ainsi que leurs différences. Formulé en 1927, il est considéré comme une interprétation traditionnelle.

Selon l'interprétation de Copenhague, les systèmes physiques ne possèdent pas de propriétés définies avant d'être soumis à des mesures, et la mécanique quantique ne peut prédire que les probabilités par lesquelles les mesures effectuées donneraient certains résultats.

Structure du tableau périodique

À partir de son interprétation du modèle atomique, Bohr a pu structurer de manière plus détaillée le tableau périodique des éléments existant à l’époque.

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

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

De la même manière, l'élément appelé Boro (Bohrium, Bh) tire son nom de l'hommage de 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, il se forme un nouveau noyau de faible stabilité qui émettra éventuellement des rayons gamma, tandis que son intégrité diminuera.

Cette découverte de Bohr a longtemps été considérée comme essentielle dans le domaine scientifique, jusqu’à ce qu’elle soit mise au point 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 même que la structure intégrale d'une goutte peut être séparée en deux parties similaires, Bohr a réussi à montrer que la même chose peut se produire avec un noyau atomique, pouvant générer de nouveaux processus de formation ou de détérioration au niveau atomique.

Références

1. Bohr, N. (1955). Homme et science physique. Theoria: Un journal international pour la théorie, l'histoire et les fondements de la science, 3-8.
2. Lozada, R. S. (2008). Niels Bohr. Loi universitaire, 36-39.
3. Nobel Media AB. (2014). Niels Bohr - Faits. Récupéré de Nobelprize.org: nobelprize.org
4. Savoie, B. (2014). Une preuve rigoureuse du théorème de Bohr-van Leeuwen dans la limite semi-classique. RMP, 50.
5. Les rédacteurs de l'Encyclopædia Britannica. (17 novembre 2016). Modèle composé-noyau. Extrait de l'encyclopédie Britannica: britannica.com.