Site de vulgarisation scientifique d'Etienne Klein
"Il me plaît de penser que la physique est une sorte d’alpinisme intellectuel consistant à grimper jusqu’à des hauteurs himalayennes où le logos est rare et la vérité mutique."
photo E. Klein
signature E. Klein

Niels Bohr (1885 – 1962)


Bohr


“La prédiction est un exercice très compliqué, spécialement quand elle concerne le futur.”

Débat entre Niels Bohr et Albert Einstein à propos de la réalité de la physique quantique :
« Dieu ne joue pas aux dés ! »
« Qui êtes-vous, Einstein, pour dire à Dieu ce qu’il doit faire ? ».

Niels Bohr


Formation, découvertes et prix Nobel

Niels Bohr naît le 7 octobre 1885 à Copenhague. C’est un enfant assez sportif : il joue au football, mais néanmoins moins bien que son frère cadet, mathématicien et également très sportif puisqu’il représente le Danemark aux Jeux Olympiques de 1908.
Il entre à l’université de Copenhague en 1903 où, seulement 3 ans plus tard, il obtient une récompense de l’académie royale danoise des sciences et des lettres. Il rencontre ensuite les fondateurs des premiers modèles de l’atome, Thomson et Rutherford, et part travailler avec ce dernier en Angleterre. Il publie assez rapidement un modèle de l’atome sous la forme d’un noyau autour duquel gravitent des électrons sur plusieurs couches, en ayant la possibilité de changer de couche en émettant un quantum d’énergie (le photon). Quelques années plus tard, il obtient une équation qui permet de calculer les niveaux d’énergie possibles pour l’électron au sein de l’atome d’hydrogène.

Il obtient le prix Nobel de physique en 1922 pour ses recherches concernant la structure des atomes et les radiations qu’ils peuvent émettre. Bohr, scientifique très apprécié de ses compatriotes danois, reçoit en cette occasion un cadeau de la brasserie Carlsberg. Il s’agit d’une maison située près de la brasserie, qui a un robinet de bière qui s’y approvisionnait directement!

Positionnement face au nucléaire

A la fin des années 30, il continue à concentrer ses recherches sur le noyau atomique. Cependant, le climat hostile en Europe et l’occupation du Danemark le contraignent à s’échapper en Suède, en raison des origines juives de sa mère. Il arrive clandestinement en Angleterre, puis aux Etats-Unis, où il travaille pour le projet Manhattan. Après la guerre, il revient dans son pays où il œuvre pour une utilisation pacifique de l’énergie nucléaire. Il participe notamment à la création du CERN.
Il meurt à Copenhague en 1962.

Anecdote

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Il était sept fois la révolution

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Certaines révolutions sont lentes et ne font pas couler de sang. Entre 1925 et 1935, la physique a connu un tel bouleversement : les atomes, ces petits grains de matière découverts quelques années plus tôt, n’obéissaient plus aux lois de la physique classique. Il fallait en inventer de nouvelles, penser autrement la matière. Une décennie d’effervescence créatrice, d’audace, de tourments, une décennie miraculeuse suffit à un petit nombre de physiciens, tous jeunes, pour fonder l’une des plus belles constructions intellectuelles de tous les temps : la physique quantique, celle de l’infiniment petit, sur laquelle s’appuie toujours la physique actuelle. Originaux, déterminés, attachants, pathétiques parfois, ces hommes ont en commun d’avoir été, chacun à sa façon, des génies. Dispersés aux quatre coins de l’Europe, à Cambridge, Copenhague, Vienne, Göttingen, Zurich ou Rome, ils se rencontraient régulièrement et s’écrivaient souvent. Leurs travaux se faisaient écho, suscitant l’admiration des uns, la critique des autres, jusqu’à ce qu’ils constituent un édifice formel cohérent. Ce livre rend hommage à quelques-uns de ces hommes remarquables : George Gamow, Albert Einstein, Paul Dirac, Ettore Majorana, Wolfgang Pauli, Paul Ehrenfest et Erwin Schrödinger.

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Comment la physique quantique est-elle née ? 3/6

Pourquoi les quanta sont-ils si troublants ? 3/6

2:03 Article d’Einstein (1905) : quantification de l’énergie, nature corpusculaire de la lumière
3:37 L’effet photoélectrique : description et interprétation
5:57 Interférences lumineuses, expérience de Young, nature ondulatoire de la lumière
8:33 Expérience de Young avec des électrons
12:29 Critère quantique, action (grandeur physique)
16:12 Quand doit-on faire appel à la physique quantique ? Exemples : montre, antenne de radio, atome d’hydrogène, noyau de l’atome ; systèmes macroscopiques quantiques
22:11 Percée théorique des années 20 : nature ni corpusculaire, ni ondulatoire des objets quantiques
26:03 Le principe de superposition : notion d’état physique et problème de sa représentation, remarque mathématique sur les espaces vectoriels et les vecteurs d’état 
34:32 Le principe de superposition comme principe fondamental de la physique quantique ; citation de Dirac
36:00 De l’espace physique à l’espace abstrait hilbertien : la question de l’interprétation de la physique quantique
38:08 Fonctions d’onde complexes, obtention de l’équation de Schrödinger à partir du principe de superposition (Feynman)
42:32 Application de l’équation de Schrödinger : le spectre de l’atome d’hydrogène, l’oscillateur harmonique
44:33 Principe d’indétermination d’Heisenberg (1927) : erreurs d’interprétation

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Les secrets de la matière

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Des particules élémentaires à l’Univers, du big bang aux accélérateurs de particules, en passant par la radioactivité ou l’énergie atomique, Etienne Klein nous guide dans un fascinant voyage au coeur de la matière. Comment expliquer que des matériaux aussi différents que le fer, l’eau ou l’oxygène soient composés de particules identiques ? Qu’est-ce que la radioactivité ? Quels processus ont généré l’Univers tel que nous le connaissons aujourd’hui ? En répondant à ces questions, l’auteur nous fait comprendre les lois qui s’exercent au sein de l’atome aussi bien que celles qui régissent le mouvement des galaxies.

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Werner Heisenberg (1901 – 1976)

Dirac

“Ce que nous observons n’est pas la nature elle-même, mais la nature soumise à notre méthode de questionnement.”

“Les problèmes du langage sont ici très sérieux. Nous souhaitons parler de la structure des atomes. Mais nous ne pouvons pas parler des atomes dans notre langage ordinaire.”

Werner Heisenberg


Education

Werner Heisenberg est né le 5 décembre 1901 à Würzburg en Bavière, dans une famille d’enseignants. Il fréquente le lycée à Munich jusqu’en 1920. Il poursuivit son éducation en physique théorique et en mathématiques à l’Université de Munich, puis à Göttingen où il a des professeurs renommés comme Max Born, ou encore Sommerfeld.
Il travaille aux Universités de Copenhague, puis de Leipzig où il deviendra professeur à 26 ans seulement et fait de cette université un des plus hauts lieux de la physique théorique.

Ses avancées en mécanique quantique

A 23 ans seulement, il publie sa théorie de la mécanique quantique pour laquelle il reçoit le prix Nobel huit ans plus tard. Cette théorie est basée seulement sur des observations. Il affirme que le modèle de Bohr de l’atome, avec des électrons sur des orbites autour du noyau, n’est pas forcément pertinent, sachant que par expérience on ne peut pas déterminer à la fois la position dans l’espace à un instant donné et sa trajectoire. Cette théorie le pousse ensuite à formuler son fameux « principe d’indétermination », qui affirme que la position et la quantité de mouvement d’une particule contiennent nécessairement des imprécisions, dont le produit est inférieur à la constante h.


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Heisenberg et la seconde Guerre Mondiale

Heisenberg décide de rester en Allemagne dès que le régime nazi commence. Malgré sa participation à plusieurs voyages de propagande nazie, il dit être resté en Allemagne non pas par sympathie avec le régime, mais pour préparer l’après-guerre. Il dirige ainsi le programme d’armement nucléaire allemand, mais a toujours une position ambiguë à comprendre vis-à-vis de ce projet. En effet, il est persuadé que l’Allemagne gagnera la guerre, mais sans utiliser la bombe atomique lors de la guerre. Il dit freiner le projet et participer au développement de l’énergie nucléaire pacifique. En discussion avec Bohr, ils ont un froid à ce sujet, ce qui pousse Bohr à rejoindre les Américains au projet Manhattan. Après la guerre, il écrit finalement, avec 18 autres physiciens, une lettre au chancelier Adenauer encourageant à abandonner le projet de bombe atomique.
Après la guerre, il poursuit ses recherches sur la théorie des particules élémentaires. Il meurt à Munich le 2 février 1976.

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