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Accueil du site > Actualités > Technologies > 50 ans après sa mort, Niels Bohr, le plus grand génie de la physique (...)

50 ans après sa mort, Niels Bohr, le plus grand génie de la physique quantique

Il y a un peu plus d’un siècle, un homme a soutenu sa thèse sur la structure des métaux. Puis, deux ans plus tard, il a proposé un modèle qui, bien qu’incomplet, renversa les mentalités. En quelques années, le physicien est devenu le moteur de la nouvelle science, une science révolutionnaire qui a profondément bouleversé la conception qu’on peut avoir de la Nature, qui remet en cause le déterminisme confortable de la fin du XIXe siècle et qui a été l’amorceur de nombreux progrès dans la vie quotidienne. Cette science est encore loin d’avoir terminé d’étonner et de faire progresser l’esprit humain.

Né le 7 octobre 1885 à Copenhague, le physicien Niels Bohr est mort dans la capitale danoise il y a cinquante ans, le 18 novembre 1962. L’occasion de lui rendre un hommage, non seulement à sa personnalité exceptionnellement brillante mais surtout à sa fécondité intellectuelle et scientifique sur la base de laquelle la technologie actuelle règne en maîtresse absolue du progrès. Petit témoignage sur ma "rencontre" avec Bohr.

Je ne sais plus comment j’ai su cela, mais c’était en fin d’école primaire ou en début du collège. J’étais passionné par la nature et en particulier par l’infiniment grand (l’astronomie) et par l’infiniment petit. L’infiniment petit, c’était pour moi les atomes (j’avais appris en grec que cela signifiait "insécables") et les molécules, dont j’ai entendu parler en primaire. La matière est constituée d’atomes. Mais quand j’ai appris le modèle de Bohr de l’atome, à savoir, que l’atome était comme le système solaire, avec le noyau pour soleil et les électrons pour planètes tournant autour de son centre, j’avais été subjugué, fasciné par cette analogie de l’observation.

Le modèle planétaire, c’était d’abord celui d’Ernest Rutherford (1871-1937), grand physicien également (Prix Nobel de chimie en 1908), qui fut le directeur de la thèse qu’il soutint le 13 mai 1911 à Copenhague sur la théorie électronique des métaux. C’est en 1913 qu’il améliora la description de Rutherford en proposant le principe des sauts quantiques des électrons passant d’une orbite à une autre en émettant ou en absorbant de l’énergie. Cela lui valut, avec le développement de la théorie quantique, le Prix Nobel de physique en 1922.

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En fait , quelques années avoir appris le modèle de Bohr, j’ai su qu’il n’en était rien, qu’il n’y avait pas de système planétaire dans la matière (n’en déplaisent aux "Men In Black" !), ou alors, des systèmes très particuliers, dont les planètes se trouveraient dans des nuages de positions, dans des probabilités, avec des spins, des orbitales, des quanta… car c’était bien de cela qu’il s’agissait, que la Nature était à la base composée de quanta : quantum de matière (les particules élémentaires : quarks, leptons etc.) et quantum d’énergie, un nombre entier à base de constante de Planck.

Là encore, je me suis sensibilisé à la physique quantique bien avant les programmes scolaires et universitaires. C’était avec les expériences d’Alain Aspect en 1982 à Orsay (j’en reparlerai peut-être) qui m’ont tenu passionné presque en direct par cette drôle de science dont il ne s’agit pas de refaire l’histoire ici, elle est connue depuis longtemps, notamment en France par les travaux des deux principaux physiciens français impliqués dans la physique quantique, Paul Langevin et Louis de Broglie qui démontra l’équivalence onde/particule même pour l’électron.

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(Congrès Solvay qui regroupe tous les grands physiciens).


Disons surtout que dans tout ce groupe de grands et souvent jeunes physiciens, Planck, Einstein, Bohr, Dirac, De Broglie, Heisenberg, Schrödinger, Pauli, Born, Brillouin etc., la rivalité intellectuelle entre Bohr et Einstein marqua le débat quantique pendant deux ou trois décennies. L’histoire raconte maintenant que grâce à un théorème de théorie des groupes élaboré en 1964 et aux expériences de 1982, que Bohr le pragmatique avait eu raison sur Einstein l’esthéticien qui ne supportait pas le principe d’une Nature imparfaite basée sur des probabilités et qui était sûr qu’il y avait forcément des "variables cachées" qu’on ne connaissait pas encore pour lever l’indétermination quantique (Heisenberg avait montré qu’on ne peut pas connaître avec précision à la fois la position et la vitesse d’une particule car pour l’observer, il fallait perturber la réalité, ce qui peut se concevoir aussi en sociologie avec une caméra qu’on placerait dans un lieu de vie et qui transformerait radicalement le comportement des personnes).

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Pour résumer cette problématique, Einstein avait coutume de dire : "Dieu ne joue pas aux dés" (qui peut provenir de son origine religieuse), alors que Bohr se contentait d’un "Qu’importe, ça marche !". Bohr se posait en effet moins de questions philosophiques et se disait que les équations de la physique quantique "prédisaient" correctement les choses, cela suffisait et il fallait en profiter. La critique d’Einstein fut d’ailleurs très solide et très constructive et elle fortifia même tout l’édifice théorique. Il y a d’ailleurs en diffusion sur la chaîne Arte un excellent documentaire réalisé par le spécialiste de la théorie des cordes, Brian Greene pour présenter son livre de vulgarisation "La Magie du cosmos" publié en 2004.

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La devise de Bohr était "Contraria sunt complementa" (les contraires sont complémentaires) qu’illustre le symbole du yin et du yang. C’est le principe de complémentarité qu’aura ainsi explicité Bohr : « Peu importe à quel point les phénomènes quantiques transcendent les explications de la physique classique, il n’en demeure pas moins que les descriptions que l’on en fera devront être données en termes classiques. L’argument est simplement que par "expérience", nous entendons une situation dans laquelle nous pouvons décrire aux autres ce que nous avons fait et appris ; par conséquent, la description des dispositifs expérimentaux et les résultats des observations doivent être exprimés dans un langage sans ambiguïté, applicable dans la terminologie de la physique classique. Ce point crucial entraîne l’impossibilité de toute séparation tranchée entre le comportement des objets atomiques et l’interaction avec les instruments de mesure qui servent à définir les conditions dans lesquelles ces phénomènes apparaissent. » (in Niels Bohr, Albert Einstein, Philsopher-Scientist, Open Court, 1949, "Discussion with Einstein on Epistemological Problems in Atomic Physics").

C’est vrai qu’il y a eu des progrès technologiques considérables avec cette nouvelle science, science du doute et de la révolution, prête à être elle-même remise en cause par de nouveaux progrès dans le futur. L’une des théories les plus élaborées est sans doute la chromodynamique quantique. Aujourd’hui, les physiciens cherchent à unifier les théories et surtout, à synthétiser dans un même ensemble la physique de l’infiniment grand (la relativité générale) et la physique de l’infiniment petit (la physique quantique). Hélas, cela a aussi généré un grand nombre de théories fantaisistes et bancales, qui, parfois, parviennent à se populariser grâce à l’action marketing efficaces de leurs auteurs.

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(Bohr avec Pauli à gauche).


Et l’intérêt des peuples dans tout cela ? On peut dire sans hésitation que toutes les technologies actuelles sont basées sur ces phénomènes quantiques, que ce soit dans le domaine médical, des télécommunications, des matériaux etc. Rien que la conception des lasers, des transistors, des circuits imprimés, qui a permis de fabriquer des composants de plus en plus petits (on arrive maintenant à des épaisseurs d’une dizaine d’atomes seulement !), ce qui a donné les téléphones cellulaires, les ordinateurs, Internet, les fibres optiques, les GPS, la microchirurgie, etc. Le champ des applications est très large et multiple.

Les classiques d’aujourd’hui étaient les révolutionnaires d’hier.
Mais y a-t-il en gestation une nouvelle science révolutionnaire ?

Pas sûr : il faut encore du temps pour digérer toutes les implications quantiques, en particulier ces phénomènes d’intrications qui laissent entrevoir de très nombreux développements. Et la recherche frénétique du boson de Higgs encourage cette phase d’approfondissement de la théorie quantique : aussi étrange soit-elle, elle a été confirmée expérimentalement depuis plus d’un siècle maintenant : « Quiconque n’est pas choqué par la théorie quantique ne la comprend pas ! ».

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Épilogue familial. Aage Bohr, l’un des six fils de Niels Bohr, est mort récemment, le 8 septembre 2009 à 87 ans. Ayant côtoyé avec son père certains de ses étudiants qui sont devenus aussi de grands physiciens comme Heisenberg et Pauli, il avait choisi la physique nucléaire. Et il avait reçu lui aussi (avec ses collègues Ben Mottelson et Leo Rainwater) le Prix Nobel de physique en 1975 sur la structure du noyau atomique et la physique quantique des nucléons.

Épilogue national. Le 9 octobre 2012, le Prix Nobel de physique a été attribué à deux physiciens pour leur contribution à la physique quantique : le Français Serge Haroche et l'Américain David Wineland.



Aussi sur le blog.

Sylvain Rakotoarison (18 novembre 2012)
http://www.rakotoarison.eu


Pour aller plus loin :
Un Prix Nobel de physique.



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14 réactions à cet article    


  • leypanou 3 décembre 2012 10:36

    grâce à un théorème de théorie des groupes élaboré en 1964’ : lequel et par qui ?


    • Bernard Dugué Bernard Dugué 3 décembre 2012 12:16

      Il s’agit sans doute des inégalités de Bell qui ont permis de trancher la controverse EPR avec les expériences d’Alain Aspect.


    • Michèle 3 décembre 2012 11:01

      Super article !

      Il est regrettable de constater le manque d’intérêt des jeunes générations pour tout ce qui touche à la science.

      Il est vrai qu’en France particulièrement, nous ne nous en donnons pas les moyens. Pas de promotion des sciences dans l’enseignement primaire et secondaire, des moyens souvent dérisoires pour les chercheurs, qui du coup s’expatrient depuis des décennies... Très triste.

      Un grand merci à l’auteur, j’ai adoré cet hommage à Niels Bohr.


      • Michèle 3 décembre 2012 11:16

        Théorie des Cordes : Ce qu’Einstein ne savait pas encore...
        http://www.youtube.com/watch?v=sKVuY-TC1YQ

        « Ce qu’Einstein ne savait pas encore » est une mini-série documentaire britannique en trois volets réalisée en 2004 par Joseph Mac Master, présentée par Brian Greene et fondée sur son livre L’Univers élégant traitant de la physique quantique, en particulier la théorie des cordes et diffusée notamment en France et en Allemagne sur la chaîne télévisée Arte en 2006.

        Je pense que dans votre article vous faites référence à ce documentaire, très bien fait. Je me permets de mettre le lien qui, à mon avis, manquait.

        Cordialement.


        • Gollum Gollum 3 décembre 2012 12:19

          La devise de Bohr était « Contraria sunt complementa » (les contraires sont complémentaires) qu’illustre le symbole du yin et du yang.


          Sage devise. Elle devrait inspirer la vie politique où les contraires donnent lieu à des montées d’adrénaline et des joutes verbales dont on se passerait bien. Idem pour les confessions religieuses qui devraient cesser ainsi de se croire les seules authentiques...

          Considérer « l’autre » comme un complémentaire plutôt qu’un contraire et donc un ennemi, mène à la réconciliation. Les chinois avaient tout compris avant les autres..

          • gaijin gaijin 3 décembre 2012 17:52

            oui ++++
            mais il y a 2000 ans ils avaient déjà des archéologues qui s’interrogeaient sur l’origine de la civilisation
            ça laisse rêveur non ?


          • appoline appoline 3 décembre 2012 14:03

            Article passionnant, la théorie des cordes est à la fois fascinante et quelque peu surprenante à voir même étrange. 

            Quelle différence y a t il entre notre propre corps et une table : simplement les vibrations des cordes, cela laisse pantois

            • krolik krolik 3 décembre 2012 14:13

              Oh maître corbeau comme vous me semblez beau !!

              C’est la technique employée par les Soviets pour obtenir de Bohr des informations sur la bombe américaine et le développement de l’industrie nucléaire.

              Bohr a été un grand « proliférateur »...

              @+


              • Robert Biloute Robert Biloute 3 décembre 2012 15:03

                Niels Bohr s’est aussi beaucoup trompé.
                Je dis pas ça pour le rabaisser, juste pour rappeler que même les génies fonctionnent à coup de conneries parfois.
                (A l’école on vous fourgue les équations de Maxwell, et hop interro en fin de semaine. Personne ne vous dit jamais à quel point Maxwell a pu en chier..)

                D’ailleurs pour le citer :

                « An expert is a man who has made all the mistakes which can be made in a very narrow field. »
                 Niels Bohr.


                • JC_Lavau JC_Lavau 8 mai 2015 16:34

                  @Robert Biloute.

                  Et il s’en faut de loin qu’elles aient toutes été corrigées depuis.


                • samuel 4 décembre 2012 10:07

                  La révolution intellectuelle viendrait peut-être d’une idée toute simple.

                  Ce ne serait pas les particules et les niveaux d’énergie qui serait quantifié, mais l’espace- temps lui même.

                  On passerait d’une physique quantique des particules dans un espace-temps continu à une physique « classique » dans un espace temps quantifié.

                  La difficulté réside dans des lacunes mathématiques qui empechent d’explorer cette voie... pour l’instant.


                  • ffi ffi 9 décembre 2012 07:11

                    Quelques rectificatifs :
                    Ce n’est pas la science qui fait progresser l’esprit humain, c’est l’esprit humain qui fait progresser la science... Bohr n’était-il pas, selon vous, un grand esprit ?
                     
                    L’analogie de l’atome avec le système solaire n’est pas issue de l’observation.
                    C’est une spéculation théorique de Rutherford/Niels Bohr.
                    La physique l’admet fausse : si l’électron orbitait autour du proton, il produirait un rayonnement « synchrotron ». Or ce rayonnement n’est pas observé.
                    La parade de Bohr fut de garder le modèle orbital, mais tout en l’évacuant, en substituant aux trajectoires électroniques, la notion de « niveaux » d’énergie. Cette ambigüité n’est guère acceptable, car elle sème la confusion.
                     
                    De Broglie n’a pas découvert l’équivalence Onde/particule, il l’a postulé, étendant la situation d’ambigüité qui existait pour la lumière (onde électromagnétique/ photon) à l’époque. Einstein/ Planck avaient en effet ressuscité la notion de particule de feu chère à Newton... Mais ils avaient oubliés que cette théorie fut contredite au XIXème siècle... En effet, selon cette théorie, pour expliquer la réfraction, il faut concevoir que la particule de lumière va plus vide dans l’eau que dans le vide. Or, la vérité, c’est l’inverse : la lumière va plus vite dans le vide que dans l’eau (Expériences de Fizeau). Donc le photon est un concept mort-né, déjà réfuté par l’expérience... En fait la lumière est purement une onde, c’est-à-dire la transmission d’une qualité de corps en corps, non un corps qui se déplace. Tout simplement, la lumière est un filament de plasma (physique) : son passage faire varier la dissociation électrique des corps, en y créant des dipôles électrique, et cela est compensé au-delà de la longueur de Debye. Tout le prouve : les guides d’ondes, la technologie des Antennes. Le caractère pseudo-corpusculaire vient lorsque la longueur d’onde est microscopique : alors elle est très directionnelle et diffuse peu, sauf dans son axe de propagation. Pour l’électron, il n’est pas sûr qu’il s’agisse d’un corpuscule, c’est une interprétation du fluide électrique montré par les tubes cathodiques. On peut très bien le modéliser comme un fluide non localisé et continu.
                     
                    En effet, Bohr ne se posait pas de questions philosophiques, comme beaucoup d’autres physiciens à cette époque, et c’est la raison pour laquelle leurs concepts sont tordus et ambigus. Par conséquent, on se retrouve avec une théorie mal ficelée, incompréhensible et inutilisable...
                     
                    Variables cachées : Les expériences d’Aspect ne prouvent strictement rien. Elles ne furent faites que pour la polarisation de la lumière. Or les lois de l’intrication sont similaires à celle de la polarisation (cf Formalisme de Jones). Donc Aspect a juste « découvert » qu’une lumière émise est polarisée dès le départ. C’est juste que la qualité transmise par l’onde lumineuse se transmet telle qu’elle à travers les corps. Il n’y a rien de magique là-dedans.
                     
                    La physique du XXème siècle a raté la mise au point de ses concepts et le progrès s’est enrayé.


                    • niblabla 27 décembre 2012 11:07


                      En mécanique quantique il devient difficile de se faire une representation mentale de ce qui se passe. Car les analogies telle que onde ou corpuscule n’ont plus cours.

                      Je ne vois pas sur quelle base vous pouvez dire que la lumière est purement une onde alors que des expériences ont montrés que tout les particules ont des propriètés ondulatoires et corpusculaire. Les photons n’y échapent pas non plus.

                      Meme une expérience basique comme les fente de Young permettent de montrer à la fois la nature ondulatoire, et la fois la nature corpusculaire de la lumière.

                      wikipedia

                      Je dois bien avouer que les aspect probaliste de la mécanique quantique me gène. Elles ont génés Einstein jusqu’a la fin de sa vie. Sauf que pour l’instant toute les expériences possibles et meme imaginables n’ont pu mettre en avant un autre modèle qui tienne aussi bien voire mieu la route.

                      Alambiqué ou pas, la mécanique quantique fonctionne.


                    • JC_Lavau JC_Lavau 8 mai 2015 16:42

                      http://deonto-famille.info/index.php?topic=22.0

                      N’importe-quoi transféro-transférentiel, avec ou sans dieux.
                       ...
                       Voici un épisode tragi-comique de l’histoire de la Physique théorique.
                       
                      A ma gauche, le champion Albert Einstein, qui proclame : « Mon papa, il est rationnel et légaliste, il ne joue pas aux dés, lui ! ».
                       A ma droite, le champion Niels Bohr, qui lui réplique : « Ma maman, elle n’a jamais été rationnelle ni prévisible. Nous devons nous borner à ne lui poser que les questions qui lui agréent, et qui ne nous valent pas une paire de claques ! », et surtout pas d’où viennent les bébés !
                       
                       A ma gauche, Einstein reprend : « Mon papa, il n’est pas méchant, mais il est trop subtil pour ta maman ! » (Subtle is the Lord).
                       
                       Vous aurez tous reconnus le débat qui opposait depuis le congrès Solvay de 1927, Albert Einstein à « l’Ecole de Copenhague », initiée par Born et Heisenberg, reprise par Bohr. Point culminant de la controverse en 1935, par l’article d’Einstein, Podoslky et Rosen, connu sous le nom de « paradoxe EPR ».
                       
                       L’axiome d’indéterminisme de Born et Heisenberg, aussitôt adopté par Niels Bohr, leur était nécessaire pour marier :
                       1
                      - L’escamotage du caractère cyclique de tout quanton, et sa fréquence broglienne intrinsèque, d’où les contraintes de la transformation de Fourier,
                       2 - l’axiome clandestin qui plaque sur le monde microphysique l’irréversibilité du temps macroscopique, à flèche univoque,
                       3 - l’idée semi-clandestine du corpuscule maintenu, mais devenu farfadet paradoxal,
                       4 - les expériences, qui pulvérisaient les deux axiomes clandestins ci-dessus.
                       5
                      -  Et pour maintenir leur confusion entre des échelles d’analyse colossalement incompatibles, avec l’observateur macroscopique au centre de l’image microphysique...
                       
                       
                       Franco Selleri a ajouté d’autres détails sur les aspects « conflit de générations », en omettant toutefois de lier avec le climat spécial de l’après première guerre mondiale, cette immense boucherie sans aucun but de guerre (si l’on excepte les buts de politique intérieure et de guerre des classes : mater leur classe ouvrière et leur paysannerie, en les envoyant mourir au champ d’horreur).

                      Franco Selleri, chez Flammarion : le grand débat de la théorie quantique.

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