Niels Henrik David Bohr (7 octobre 1885 à Copenhague, Danemark - 18 novembre 1962 à Copenhague) est un physicien danois. Il est surtout connu pour son apport à l'édification de la mécanique quantique, pour lequel il a reçu de nombreux honneurs. Il est notamment lauréat du prix Nobel de physique de 1922.
Biographie et parcours intellectuel
Fils de Christian Bohr, professeur de médecine et recteur d'université, de confession luthérienne, et de Ellen Adler, de confession juive, Niels Bohr a un frère cadet, Harald Bohr, mathématicien et sportif de haut niveau (il joua dans l'équipe nationale de football et participa aux Jeux olympiques de 1908 tenus à Londres), ainsi qu'une sœur aînée, Jenny. Il est lui-même un très bon footballeur.
Niels entre à l'université de Copenhague en 1903. Dès 1906, il travaille sur le thème des vibrations d'un jet de liquide et son mémoire obtient une récompense de l'Académie royale danoise des sciences et des lettres. Il obtient un doctorat à l'université de Copenhague en 1911 « Sur la théorie électronique des métaux », émettant ses premières idées sur la structure atomique. Quelques mois avant la soutenance, il se fiance avec Margrethe Norlung (1890-1984).
Il obtient une bourse de la Fondation Carlsberg et veut dans un premier temps travailler à l'université de Cambridge avec le professeur Joseph John Thomson dont le modèle atomique, sphère de charge positive dans laquelle sont plongés les électrons, ne satisfait pas totalement son élève. Bohr rencontre alors Ernest Rutherford qu'il rejoint à Manchester (Angleterre).
Se basant sur les théories de Rutherford, il publie en 1913 un modèle de la structure de l'atome mais aussi de la liaison chimique dans une série de trois articles de la revue Philosophical Magazine. Cette théorie présente l'atome comme un noyau autour duquel gravitent des électrons, qui déterminent les propriétés chimiques de l'atome. Les électrons ont la possibilité de passer d'une couche à une autre, émettant un quantum d'énergie, le photon. Cette théorie est à la base de la mécanique quantique. Albert Einstein s'intéresse de très près à cette théorie dès sa publication. Ce modèle est confirmé expérimentalement quelques années plus tard.
Il rentre au Danemark en 1912 et se marie peu après. De cette union naissent six garçons, le plus connu étant Aage Bohr, lauréat du prix Nobel de physique de 1975. Il devient assistant à la chaire de physique de l'université de Copenhague. En 1913, en manipulant différentes notions de mécanique classique et de la naissante mécanique quantique, il obtient l'équation de Bohr, « le résultat le plus important de toute la mécanique quantique, peu importe comment il est analysé » :
{\displaystyle E_{n}=-\left[{\frac {m}{2\hbar ^{2}}}\left({\frac {e^{2}}{4\pi \epsilon _{0}}}\right)^{2}\right]{\frac {1}{n^{2}}},\,\,\,n=1,2,3\ldots }
: la constante de Planck réduite,
: la constante mathématique 3,14159...,
: le nombre quantique principal.
En 1914, il accepte un poste de professeur à l'université de Manchester. Durant la Première Guerre mondiale, le Danemark est un État neutre et Bohr peut rester dans la recherche civile, même en Angleterre où il se trouve. Il en profite pour peaufiner son modèle atomique en y introduisant des idées relativistes quant aux mouvements des électrons, théorie reprise et complétée par Arnold Sommerfeld.
En 1916, Bohr devient professeur à l'université de Copenhague dans la chaire de physique théorique tout juste créée.
Fin avril 1920, il fait la connaissance d'Albert Einstein, lors d'un voyage à Berlin où il a été invité à donner des conférences par Max Planck, qu'il rencontre aussi pour la première fois. Einstein et Bohr se revoient en août, à Copenhague.
Il est nommé en 1920 directeur du tout nouvel Institut de la physique théorique dont il est le fondateur. Cet établissement prend le nom de Niels Bohr Institutet en 1965. Pendant les années 1920, il complète sa théorie, parvenant à établir une relation étroite entre le tableau de Mendeleïev et la structure électronique des atomes. Il reçoit le prix Nobel de physique en 1922 « pour ses études de la structure des atomes et des radiations qui en proviennent ».
Bohr est aussi à l'origine du principe de complémentarité : des analyses distinctes peuvent faire apparaître des propriétés contraires. Par exemple, certaines expériences indiquent que la lumière est une onde et d'autres qu'elle est un faisceau de particules, les photons. Cette idée a aussi inspiré son blason, dans lequel le symbole du taijitu (ou yin et yang) est utilisé avec une devise latine Contraria sunt complementa (« les contraires sont complémentaires »).
Parmi les plus célèbres étudiants de Bohr qui fréquentent son institut de physique, on peut citer Werner Heisenberg qui devient responsable d'un projet de bombe atomique allemande durant la Seconde Guerre mondiale et Wolfgang Pauli.
En octobre 1927, au cours du cinquième congrès Solvay, il rencontre de nouveau Albert Einstein, avec qui il aura de très fréquents entretiens jusqu'en 1935. Einstein défend le caractère provisoire de la théorie quantique, ne se satisfaisant pas de cette dernière au niveau épistémologique. Bohr, au contraire, considère qu'il s'agit d'une théorie achevée. Ces réflexions et discussions sont l'une des sources de ses Écrits philosophiques, publiés en quatre volumes (dont deux à titre posthume en 1963 et en 1998), dont l'une des thématiques est l'utilisation du langage. Il travaille également sur le principe de complémentarité en biologie.