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Niels Bohr

Publié le 22/02/2012

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Niels Henrick David Bohr est né à Copenhague le 7 octobre 1885. Auteur du principe de complémentarité, fondateur de la théorie quantique des atomes, créateur de la théorie du noyau composé et du modèle nucléaire de la goutte liquide, promoteur de l'explication de la grande fissibilité de l'uranium 235, il combine les talents de philosophe et d'homme de science. Une imagination hardie et un jugement fort sont à la base de ces succès. Grâce à ses sympathies humaines profondes, il a exercé jusqu'à sa mort en 1962 une grande influence comme inspirateur des autres penseurs. Jeune homme, Bohr étudia à l'Université de Copenhague, et acquit de la popularité comme joueur de football. Dans sa thèse de doctorat (1911) il traita de la nouvelle théorie électronique de la matière. Pour travailler cette question, il alla au laboratoire de sir J. J. Thomson à l'Université de Cambridge, puis l'année suivante à Manchester. Il trouva là, récemment arrivé du Canada, un jeune chef de laboratoire imaginatif et plein d'énergie : Sir Ernest Rutherford. Peu de temps après leur rencontre, Rutherford dit à un ami : "Ce jeune Danois est l'homme le plus intelligent que j'aie jamais connu." Bohr, de son côté, était fortement impressionné par le caractère de Rutherford et tout à fait séduit par ses découvertes récentes. A la suite d'expériences sur la diffusion des particules alpha rapides par les atomes, le physicien néo-zélandais fut amené à conclure que presque toute la masse de l'atome est concentrée dans un noyau très petit, doué d'une charge positive, et entouré d'électrons de charge négative. Ce qui restait incompréhensible dans le modèle atomique de Rutherford, c'était la stabilité extraordinaire des atomes naturels. Pourquoi les électrons ne perdent-ils pas leur énergie par émission de radiations électromagnétiques et ne tombent-ils pas sur le noyau en décrivant une spirale, ce qui rendrait les atomes dix mille fois plus petits que ce qu'on observe ? Beaucoup de physiciens s'occupèrent de ces problèmes fondamentaux à ce moment. Ils firent les hypothèses les plus fantastiques sur le comportement du rayonnement électromagnétique et sur la nature des forces s'exerçant entre les électrons et le noyau. L'apport caractéristique de Bohr fut le suivant : il souligna qu'aucun de ces essais ne pouvait expliquer la stabilité des atomes, et qu'il fallait introduire un nouveau principe, tout à fait en dehors de la physique existante, principe qu'on ne pouvait même pas comprendre sans une révolution des bases philosophiques de la causalité.
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« Dans les années suivantes ils donnèrent aussi une explication de la nature des spectres de rayons X, de l'absorptionet de l'émission de la lumière par les atomes, et de la variation périodique bien connue des propriétés chimiques deséléments.

Les résultats essentiels de cette description de la lumière et du monde atomique furent conservés dans lanouvelle théorie quantique, développée en 1925 par de Broglie, Schrödinger et Heisenberg ; ce dernier était à cemoment l'assistant de Bohr. Pendant que ces applications de la théorie des quanta étaient en train d'ouvrir à l'investigation des régions entièresde la physique et de la chimie, Bohr continuait sa recherche d'une expression des implications philosophiques desnouveaux principes.

Le développement du principe d'incertitude l'amena à reconnaître la limitation fondamentalerencontrée dans la physique atomique, de notre idée fixe que les phénomènes existent indépendamment des moyenspar lesquels on les observe.

En creusant l'idée de cette limitation, Bohr aboutit enfin à un nouveau principefondamental de la nature, le principe de complémentarité (1928).

A cause de ses implications fondamentales, ladécouverte de ce principe est peut-être le développement philosophique le plus important des temps modernes. Le nombre croissant des données expérimentales sur le noyau, à partir de 1933, attira l'attention de Bohr vers larecherche de l'explication de ces faits nouveaux.

Le modèle de la goutte liquide du noyau atomique et l'accent qu'ilmit sur l'importance du noyau composé temporaire dans l'explication des réactions nucléaires se montrèrent presqueaussi importantes pour la compréhension du noyau que ses idées antérieures l'avaient été pour le monde de l'atome. Bohr appliqua sa nouvelle conception du noyau à l'explication de la fission nucléaire (1939) au cours d'une visite àPrinceton, et juste après la découverte fondamentale de Hahn et Strassmann.

Il montra que la petite quantitéd'uranium 235 présente dans l'uranium naturel est responsable de la plus grande part des divisions nucléaires quel'on observe.

Il développa une théorie de la fission qui permit de prévoir que l'élément 94-239 (plutonium), pasencore découvert à cette époque, ressemblerait à l'uranium 235 par sa fissibilité. La guerre éclata peu de temps après le retour de Bohr à Copenhague, et un peu plus tard le Danemark fut occupépar les Allemands.

Tout en essayant de venir en aide aux victimes de l'oppression nazie, Bohr s'arrangea pour resterau Danemark, afin de prendre part à la résistance morale contre les envahisseurs, et d'aider à protéger les savantsréfugiés qui travaillaient au Danemark.

Cependant, au matin du 29 septembre 1943, il reçut l'avertissement secretqu'il allait être incessamment arrêté et emprisonné en Allemagne.

La nuit suivante, la Résistance danoise letransporta, avec sa femme, en Suède, dans un bateau de pêcheur.

De là, il fut emmené en avion en Grande-Bretagne par la R.A.F.

Il amena avec lui des renseignements sur les recherches atomiques des Allemands qui,pendant ce temps, cherchaient en vain dans sa maison et dans son laboratoire des traces de son travail.

Il continuajusqu'aux États-Unis et, sous le nom de "Nicholas Baker", servit de conseil au laboratoire atomique de Los Alamos,New Mexico, jusqu'à la fin de la guerre en Europe.

Il revint au Danemark en 1945. En 1922, Bohr reçut le Prix Nobel pour "ses recherches sur la structure des atomes et des rayonnements qui sontémis par les atomes".

En 1948, il fut le premier non-noble à recevoir l'ordre de l'éléphant, la décoration la plushonorifique au Danemark.

Il devint président de l'Académie danoise des Sciences en 1945.

Il demeura à Copenhague,à Carlsberg, la résidence honoraire attribuée à vie à l'homme de science le plus distingué du Danemark.

Pendantl'occupation allemande, il fut élu recteur de l'Université de Copenhague et accepta ce poste contre lesavertissements des Allemands.

C'est à cette époque qu'il écrivit l'introduction pour le grand traité sur la culturedanoise, qui fut composé par les meneurs de la pensée danoise pour fortifier la résistance de ce pays occupé. Parmi les publications les mieux connues de Bohr, figurent : La théorie des spectres et de la constitution des atomes(1922) ; La théorie des atomes et la description de la nature (1935) ; La mesure des champs électromagnétiques(1935) ; Le mécanisme de la fission nucléaire (1939) ; Discussions avec Einstein (1950) ; et, en 1933, son célèbreessai : La Lumière et la Vie.

Dans cet article, publié dans la revue Nature, il tire des conséquences humaines dudéveloppement du principe de complémentarité.

Il rappelle d'autres occasions dans l'histoire de la science où desdécouvertes inattendues ont fait voir les limites essentielles de la validité des principes dont on n'avait jamais mis endoute la vérité, comme par exemple la notion de simultanéité.

Mais ces crises accompagnant la perte des basesfamilières sont compensées par une perception agrandie et par des possibilités plus grandes de trouver des rapportsentre des phénomènes qui apparaissaient antérieurement inconciliables.

Bohr résume les paradoxes du domaineatomique qui furent résolus par la mécanique quantique.

Ainsi trouvée, notre idée maîtresse de la structure desatomes nous a donné non seulement la clef de la physique et de la chimie, mais aussi une compréhension descaractéristiques atomiques du monde biologique.

On trouve par exemple que l'Oeil réalise le pouvoir visuel le plusgrand permis par la nature quantique de la lumière ; et l'on explique la stabilité si importante pour la vie descomposés comme la chlorophylle et l'hémoglobine. Au sujet de la vie elle-même, on peut se demander s'il existe une force vitale au-delà de la physique qu'il fautinvoquer pour expliquer les problèmes si bien connus du libre arbitre.

En présence de l'incompatibilité apparente entreles notions de déterminisme et de libre arbitre, il ne faut pas, selon Bohr, introduire d'idées mystiques.

Au contraire,il souligne que ces concepts sont non pas incompatibles, mais complémentaires, dans le sens spécial qu'il a donné àce mot.

Si nous voulons par exemple déterminer le rôle joué par les atomes individuels dans les fonctions vitales d'unorganisme, il nous faut le tuer, et il ne peut plus être question du libre arbitre de cette vie.

Si, par contre, nousvoulons observer le libre arbitre de cet être, il faut lui donner sa liberté complète, et ainsi s'interdire une étudedéterministe de sa constitution biologique.

Les notions de libre arbitre et de déterminisme sont nécessaires toutesles deux pour embrasser toutes les possibilités de l'expérience.

Mais les conditions expérimentales qui sont adaptées. »

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