La physique quantique n’est peut-être pas le sujet le plus accessible, mais il y a de fortes chances que vous ayez entendu parler de certaines de ses parties élémentaires, comme les atomes. Au début du 20e siècle, le physicien danois Niels Bohr a découvert la structure atomique de base — un noyau chargé positivement entouré d’électrons en orbite — qui a jeté les bases de la façon dont nous comprenons les atomes aujourd’hui. Voici 13 choses que vous ne saviez peut-être pas sur Bohr.

1. SON PÈRE A ÉTÉ NOMINÉ POUR LES PRIX NOBEL TROIS FOIS EN DEUX ANS.

Niels Bohr, né à Copenhague en 1885, a grandi dans une famille qui valorisait la science. Son père Christian était professeur de physiologie à l’Université de Copenhague, et il recevait souvent des collègues scientifiques chez lui pour des discussions animées. Le jeune Niels et ses deux frères et sœurs écoutaient souvent, ce qui a probablement inspiré les futures études du jeune étudiant. Bien qu’il n’ait jamais gagné, Christian Bohr a été nominé pour le prix Nobel par un collègue en 1907 et par deux en 1908, le tout pour ses recherches sur la physiologie de la respiration.

2. NIELS BOHR ÉTAIT UN ÉTUDIANT BRILLANT MAIS UN ÉCRIVAIN MÉDIOCRE.

Bohr s’inscrit à l’École latine de Gammelholm à l’âge de 7 ans et réussit bien dans toutes ses classes, à l’exception de la composition. Selon l’Institut Niels Bohr de l’Université de Copenhague, il a déjà tourné un essai qui ne contenait que deux phrases: « Un voyage dans le port: Mon frère et moi sommes allés nous promener dans le port. Là, nous avons vu des navires débarquer et partir. »

Mais à l’école secondaire, il corrigeait les erreurs qu’il découvrait dans ses manuels de physique. Il a excellé dans la majorité de ses études et il a obtenu son premier diplôme de sa classe. Plus tard dans sa vie, il a écrit un certain nombre d’écrits philosophiques sur la physique, après avoir surmonté son aversion juvénile pour l’exposition.

3. IL A DÉCLENCHÉ DES EXPLOSIONS DANS LE LABORATOIRE DE CHIMIE DE SON UNIVERSITÉ.

Bohr a commencé ses études universitaires en 1903 dans la même institution qui employait son père, l’Université de Copenhague. Alors qu’il a d’abord étudié les mathématiques et la philosophie, il a remporté un concours de physique parrainé par l’Académie royale des sciences du Danemark, et il a rapidement changé sa majeure en physique. Bohr a étudié d’autres domaines, y compris la chimie inorganique, peut-être avec moins de succès: Il a acquis la réputation d’avoir provoqué des explosions dans le laboratoire et a finalement brisé une quantité record de verre à l’école. Il obtiendra cependant une maîtrise en 1909 et un doctorat en physique en 1911.

4. BOHR ÉTAIT EN DÉSACCORD AVEC LA THÉORIE DU « PUDDING AUX PRUNES” DE SON PROFESSEUR.

Après avoir obtenu son diplôme, Bohr a poursuivi ses études à l’Université de Cambridge sous la direction de J.J. Thomson, qui avait découvert l’électron en 1897. Thomson avait tourné son attention vers les rayons cathodiques, qui faisaient alors partie de l’éther — une substance théorique en apesanteur que l’on trouve partout dans l’univers. Mais il a finalement déterminé que les rayons étaient en fait des particules encore plus petites que l’atome en montrant qu’ils pouvaient être déviés par l’électricité. Cela a conduit Thomson à proposer la structure des atomes de « plum pudding », dans laquelle des électrons chargés négativement sont intégrés dans une sphère de matière chargée positivement, comme les raisins secs dans un pudding anglais. Bohr contredira plus tard la structure du « pudding aux prunes » avec son modèle atomique.

5. BOHR A CLOUÉ LA VÉRITABLE STRUCTURE D’UN ATOME EN 1913.

Après avoir trouvé son travail en contradiction avec celui de Thomson, Bohr rejoint le laboratoire de l’Université de Manchester d’Ernest Rutherford, qui avait également étudié sous Thomson. Rutherford avait découvert le noyau atomique grâce à une expérience dans laquelle il avait tiré des particules alpha sur une fine feuille d’or. Parce que certaines des particules ont rebondi au lieu de traverser l’or, il a déterminé que la majorité de la masse de l’atome devait se trouver dans un petit noyau central, avec les électrons en orbite autour de lui.

Ceci est devenu le fondement de son travail avec Bohr. La paire a étudié la structure de l’atome, et Bohr a déterminé que le modèle de Rutherford ne devait pas être entièrement correct. Selon les lois de la physique, les électrons en orbite devraient éventuellement s’écraser dans le noyau et déstabiliser l’atome. Bohr a finalement modifié le modèle de Rutherford en expliquant que les électrons en orbite autour d’un noyau chargé positivement peuvent sauter entre les niveaux d’énergie, ce qui stabilise les atomes.

6. IL A FONDÉ L’INSTITUT DE PHYSIQUE THÉORIQUE DE COPENHAGUE.

Sur la base de ses recherches atomiques, l’Université de Copenhague a embauché Bohr comme professeur de physique théorique en 1916 alors qu’il n’avait que 31 ans. Peu de temps après, il a commencé à faire pression pour un nouvel institut dans son domaine, qui permettrait à des chercheurs du monde entier de collaborer avec des scientifiques danois dans un établissement à la pointe de la technologie. Il a obtenu l’approbation et l’institut a ouvert ses portes en 1921 avec Bohr en tant que directeur. (Son frère mathématicien Harald, ancien joueur de football olympique, allait ouvrir l’institut de mathématiques de l’université à côté neuf ans plus tard.) En 1965, l’université a rebaptisé l’établissement Institut Niels Bohr, et aujourd’hui plus de 1000 employés et étudiants y travaillent et y étudient.

7. BOHR A REMPORTÉ LE PRIX NOBEL EN MÊME TEMPS — ET DANS LE MÊME DOMAINE — QU’ALBERT EINSTEIN.

Bohr et Einstein n’étaient pas seulement contemporains; ils étaient de bons amis qui ont participé à une série de conversations sur la physique au cours des décennies, notamment aux Conférences Solvay de 1927 maintenant connues sous le nom de Débats Bohr–Einstein. Ils ont soutenu deux positions très différentes concernant les observations d’électrons se comportant comme une particule dans certaines expériences et une onde dans d’autres, même si un électron ne devrait pas pouvoir être les deux. Bohr a théorisé le concept de complémentarité pour expliquer le phénomène — c’est-à-dire que quelque chose peut être deux choses à la fois, mais nous ne pouvons observer qu’une seule de ces choses à la fois. En établissant un principe fondamental de la mécanique quantique, Bohr a fait valoir que l’acte d’observation des particules les fait exister, ce qui est connu sous le nom d’interprétation de Copenhague.

Einstein, quant à lui, a soutenu que les particules existent, que nous les observions activement ou non. (Imaginez une version très complexe de la question « si un arbre tombe dans la forêt”.) Même avec leurs théories opposées, les deux ont reçu le prix Nobel de physique en 1922: Bohr pour son modèle atomique, et Einstein pour ses travaux sur l’effet photoélectrique (au lieu de sa théorie de la relativité alors controversée). Alors, comment les deux physiciens ont-ils reçu des prix pour la même chose la même année? Einstein a en fait reçu le prix de 1921 avec un an de retard, en raison d’une technicité.

8. LA BRASSERIE CARLSBERG A OFFERT DE LA BIÈRE GRATUITE ET ILLIMITÉE À BOHR.

Le géant danois de la bière Carlsberg, connu pour avoir ses propres laboratoires pour promouvoir l’étude des sciences naturelles en rapport avec le brassage, a invité Bohr à vivre dans sa résidence d’honneur, une maison près de ses installations de production donnée à un artiste, un scientifique ou un écrivain méritant à vie. Il y avait un robinet connecté directement à la brasserie pour de la bière gratuite. En 1932, Bohr et sa famille ont emménagé et y sont restés pendant les 30 années suivantes.

La douce affaire immobilière n’était pas la première interaction de Carlsberg avec le scientifique. La fondation de la brasserie a aidé Bohr à payer ses recherches en Angleterre et a financé l’Institut de physique théorique.

9. BOHR A AIDÉ LES SCIENTIFIQUES JUIFS À ÉCHAPPER AUX NAZIS — JUSQU’À CE QU’IL DOIVE LUI AUSSI FUIR.

Alors que les nazis envahissaient l’Europe au plus fort de la Seconde Guerre mondiale, Bohr aida les scientifiques à fuir le régime en Allemagne en leur fournissant un financement, un espace de laboratoire et des logements temporaires à Copenhague. Bohr lui-même a été contraint de fuir en 1943 après que les nazis eurent envahi son pays — la mère de Bohr était juive et toute sa famille a été persécutée. Ils ont fui le Danemark sur un bateau de pêche à destination de la Suède, puis Bohr et son fils Aage ont été introduits clandestinement en Angleterre dans la baie vide d’un avion bombardier Mosquito britannique. À Londres, il a consulté le programme ultra-classifié des gouvernements canadien et britannique pour développer des armes nucléaires, des alliages à tubes portant le nom de code.

10. IL A UTILISÉ LE PSEUDONYME « NICHOLAS BAKER. »

En 1939, les autorités américaines avaient appris que l’Allemagne tentait de construire une bombe atomique. Cinq ans plus tard, les États-Unis le gouvernement a invité Bohr à travailler sur le projet Manhattan, son programme top secret de développement de bombes nucléaires à base d’uranium et de plutonium dans le but de forcer les nations de l’Axe à se rendre. Pendant deux ans, Bohr a collaboré avec des physiciens américains et britanniques au Laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique, en utilisant le nom de Nicholas Baker comme couverture. En 1944, il écrit au Premier ministre britannique Winston Churchill avec un rapport d’étape:

« Ce qui, jusqu’à il y a quelques années, pouvait être considéré comme un rêve fantastique se réalise actuellement au sein de grands laboratoires et d’immenses usines de production secrètement érigées dans certaines des régions les plus solitaires des États-Unis. Là, un groupe de physiciens plus important que jamais rassemblé dans un seul but, travaillant main dans la main avec toute une armée d’ingénieurs et de techniciens, prépare de nouveaux matériaux capables d’une immense libération d’énergie et développe des dispositifs ingénieux pour l’utilisation la plus efficace de ces matériaux.

« On ne peut s’empêcher de comparer la situation avec celle des alchimistes d’autrefois, tâtonnant dans l’obscurité dans leurs vains efforts pour fabriquer de l’or. Aujourd’hui, les physiciens et les ingénieurs, sur la base de connaissances solidement établies, contrôlent et dirigent des réactions violentes par lesquelles de nouveaux matériaux bien plus précieux que l’or sont construits, atome par atome.”

11. BOHR VOULAIT QUE LA SCIENCE NUCLÉAIRE SOIT UTILISÉE POUR LA PAIX.

Il était un fervent partisan du partage de la science derrière les armes nucléaires — une opinion non adoptée par les dirigeants américains et britanniques. De retour au Danemark après la guerre, Bohr orienta ses recherches atomiques vers le développement d’une puissance durable plutôt que d’armes. Avec plusieurs collègues, il a créé Risø, un laboratoire de recherche doté d’un accélérateur de particules moderne dédié au développement de l’énergie nucléaire à des fins pacifiques, dans les années 1950.

Parallèlement, Bohr a cofondé le Centre Européen de Recherche nucléaire (CERN), qui a organisé des conférences et mené des recherches à l’Institut de Physique théorique de Bohr pendant ses cinq premières années, avant de s’installer à Genève, en Suisse, en 1957. Le centre abrite maintenant le Grand collisionneur de hadrons, le plus grand accélérateur de particules au monde, qui génère des champs électriques pour accélérer le mouvement des particules atomiques et utilise des aimants pour diriger leur flux. Les collisions des particules révèlent des informations sur leurs propriétés. En utilisant le Grand collisionneur de Hadrons, une équipe de chercheurs a observé pour la première fois un nouveau type de particule, le boson de Higgs, en 2012.

12. SON FILS AAGE A ÉGALEMENT REMPORTÉ UN PRIX NOBEL.

La vie de Bohr n’était pas seulement axée sur son travail — il était aussi un père de famille. Il épouse Margrethe Nørlund en 1912, et ils ont six fils, dont quatre survivent jusqu’à l’âge adulte. Son fils Aage suivra de près les traces de son père, devenant non seulement physicien, mais également directeur de l’Institut de Physique Théorique (après le décès de son père en 1962) et lauréat du Prix Nobel de physique en 1975 pour ses recherches sur la structure des noyaux atomiques. Les Bohr sont l’un des six couples père-fils à avoir chacun remporté un prix Nobel (le professeur J.J. Thomson de Niels Bohr et son fils George Paget Thomson en sont un autre).

13. UN ÉLÉMENT PORTE SON NOM.

Bohr a encore contribué à la physique après sa mort — d’une certaine manière. En 1981, des chercheurs allemands ont réussi à créer un seul atome de l’élément 107, l’isotope 262, résultat du bombardement d’atomes de bismuth avec des atomes de chrome. Ils l’ont nommé Bohrium. L’élément hautement radioactif ne se produit pas dans la nature et, jusqu’à présent, seuls quelques atomes de celui-ci ont déjà été créés en laboratoire.