Léon Rosenfeld

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Léon Rosenfeld Charleroi, le 14 août 1904 ; Copenhague, le 23 mars 1974. Associé de la Classe des Sciences le 6 juin 1959. Physicien. Professeur au Nordisk Institut for Teoretisk Atomfysik à Copenhague. par Léo HOUZIAUX Né à Charleroi le 14 août 1914, Léon Rosenfeld est élevé princi- palement par sa mère, ayant perdu très jeune son père, qui était ingénieur. Il fait de brillantes études secondaires à l'Athénée de sa ville natale, puis fréquente l'Université de Liège, où il sera pro- clamé docteur en sciences physiques et mathématiques avec la plus grande distinction en juillet 1926.
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Publié le : lundi 26 mars 2012
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Notices Léon Rosenfeld
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Léon Rosenfeld
Charleroi, le 14 août 1904 ; Copenhague, le 23 mars 1974.
Associé de la Classe des Sciences le 6 juin 1959.
Physicien. Professeur au Nordisk Institut for Teoretisk Atomfysik
à Copenhague.
par Léo HOUZIAUX
Né à Charleroi le 14 août 1914, Léon Rosenfeld est élevé princi-
palement par sa mère, ayant perdu très jeune son père, qui était
ingénieur. Il fait de brillantes études secondaires à l’Athénée de sa
ville natale, puis fréquente l’Université de Liège, où il sera pro-
clamé docteur en sciences physiques et mathématiques avec la
plus grande distinction en juillet 1926. C’est l’époque où les
esprits sont fortement attirés vers la mécanique ondulatoire et,
titulaire d’une bourse pour l’École Normale Supérieure, Rosen-
feld va être introduit à Paris dans ces disciplines par Louis de Bro-
glie, Léon Brillouin et Paul Langevin. Il s’intéresse particulière-
ment au rôle de l’électron.
Les deux années qui suivent son séjour parisien, Rosenfeld les
passe à Göttingen, où il devient l’assistant de Max Born. On le
retrouve à Zurich pendant les années 1929-1930, où il travaille
avec Pauli au moment où ce dernier construit avec Heisenberg le
formalisme de l’électrodynamique quantique. Ses maîtres
M. Born, W. Pauli et E. Wigner – eût-il pu en avoir de meilleurs ?
– l’initient aux propriétés et aux symétries des systèmes quan-
tiques. Il applique ces concepts aux interactions matière-rayonne-
ment, notamment à l’étude de l’activité optique et à l’effet Fara-
day. Rosenfeld, à cette occasion, englobe dans la théorie les effets
du champ de gravitation. À Pâques de 1929, Rosenfeld se rend à
une conférence internationale organisée à Copenhague et il y ren-
contre pour la première fois celui dont il va devenir un très proche
collaborateur, Niels Bohr. En 1930, l’Université de Liège le charge
d’un cours de physique du rayonnement, puis, en 1933, il donne
en outre le cours à option de mécanique statistique. En 1936,
vient s’ajouter une charge de cours d’Éléments de physique théo-
rique, cours destiné à la fois aux étudiants ingénieurs et aux étu-
diants physiciens et mathématiciens. L’ensemble de ces cours
constituera sa charge de Professeur ordinaire à la Faculté des
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40Notices Léon Rosenfeld
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Sciences en 1937. Rosenfeld était connu comme un excellent pro-
fesseur ; il faisait souvent référence à la genèse des théories qu’il
expliquait, et comme le rapporte le physicien Jean Humblet, il
donnait à ses auditeurs l’impression d’avoir assisté lui-même aux
enseignements de Maxwell et de Carnot. L’époque à laquelle il a
commencé ses recherches et la variété des maîtres qui l’ont formé
a fait qu’il reçut une formation globale de la physique et il n’était
pas particulièrement un physicien spécialisé dans un problème
particulier, mais plutôt un chercheur intéressé par les problèmes
épistémologiques et philosophiques. Ceci explique le rôle impor-
tant qu’il a joué dans l’interprétation de la mécanique ondulatoire
(lors de son séjour à l’École Normale Supérieure), puis de la théo-
rie quantique des champs (lors de ses travaux avec Heisenberg et
Pauli) À partir de 1930, Rosenfeld séjourne régulièrement à
Copenhague, où il passe quelques mois par an. Il a travaillé au
développement et à la propagation des idées de Bohr et a réalisé
des ponts entre ces théories et différents aspects philosophiques et
culturels où il était particulièrement à l’aise. Ces différentes
connexions étaient facilitées par sa mémoire phénoménale. Il pre-
nait rarement des notes au cours, puis reconstituait chez lui la
matière de mémoire. À l’Athénée de Charleroi, d’après P. Swings,
Rosenfeld était capable de répéter, en allemand, une page de
Goethe, après l’avoir lue une fois seulement. Il maîtrisait plusieurs
langues, y compris le latin, qu’il écrivait couramment. Très jeune,
il s’intéresse à l’histoire des sciences. En 1927, à 23 ans, il est
membre fondateur de l’History of Science Society. En 1933, il est
fait membre du Comité National d’Histoire des Sciences de notre
Académie.
Dès 1928 il publie dans la revue Isis dirigée à Harvard par
Georges Sarton, un article intitulé Le premier conflit entre la théo-
rie ondulatoire et la théorie corpusculaire de la lumière. À Liège, il
fréquente assidûment entre 1937 et 1940 les séminaires du ven-
dredi à l’Observatoire de Cointe. Ayant travaillé déjà en physique
moléculaire à Göttingen, il s’intéresse à la formation de molécules
dans les atmosphères stellaires des étoiles plus froides que le Soleil
et publie dans les Monthly Notices de la Royal Astronomical
Society une note présentée par P. A. M. Dirac : On the Dissocia-
tion of Molecules in the Atmospheres of the Stars of the main
Sequence, en collaboration avec une étudiante en doctorat de
Liège, Yvonne Cambresier, qui devait peu après devenir son
épouse. Cette note fut suivie d’une seconde, intitulée The Disso-
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ciation of Molecules in the Atmospheres of Carbon Stars. Notons
aussi que, grâce à sa connaissance de la physique quantique des
molécules, Rosenfeld identifia avec P. Swings dans le spectre de
plusieurs étoiles une raie du radical CH, le premier édifice molé-
culaire à être observé dans l’espace interstellaire et une première
estimation de sa densité était donnée. L’existence même de radi-
caux et molécules interstellaires était elle-même surprenante,
puisque la densité atomique de l’élément le plus abondant, l’hy-
3drogène atteignait à peine un atome par cm .
Avec Bohr, sa collaboration commence par la publication d’un
article Zur Frage des Messbarkeit der electromagnetischen Feld-
grossen où les auteurs montrent comment il faut comprendre la
possibilité physique de mesurer une composante d’un champ élec-
trique et magnétique. La tentative d’une mesure simultanée de ces
grandeurs est liée au même type de relation d’imprécision que
celles qui caractérisent les mesures de grandeurs de corps maté-
riels, établissant ainsi le bien fondé de l’électrodynamique quan-
tique. En fait, c’est Rosenfeld, fort de ce qu’il avait appris à Göt-
tingen et à Zurich, qui mit Bohr au courant des fondements de la
théorie quantique des champs et des structures mathématiques
associées. Le principe de complémentarité, qui venait d’être for-
mulé par Bohr était l’objet d’une vive réticence de la part de plu-
sieurs physiciens. Comme le dit J. Serpe (Florilège des Sciences en
Belgique, p. 393, 1981), « tout en reconnaissant la cohérence de la
théorie ainsi élaborée, beaucoup d’entre eux se demandaient si la
mécanique quantique ne correspondait pas à une description
incomplète de la réalité qui, moyennant l’introduction de
concepts nouveaux, pourrait être remplacée par une théorie plus
satisfaisante, où la causalité – telle qu’on l’avait connue en phy-
sique classique – retrouverait tous ses droits ». Mais Rosenfeld
explique : « Dans la conception causale de la physique classique,
on supposait que la perturbation apportée par notre intervention
dans le cours d’une mesure d’un phénomène naturel pouvait en
principe être réduite à une quantité arbitrairement petite. Avec la
théorie quantique, nous touchons pour la première fois à une
limite imposée par une loi naturelle à une telle objectivation. »
À cette époque, Rosenfeld s’est aussi intéressé aux effets de la
gravitation, ainsi qu’à la quantification du champ gravifique
(Über die Gravitationswirkungen des Lichtes, paru dans le Zeit-
schrift für Physik, 65, 589, 1930). Rosenfeld est revenu plusieurs
fois sur les conséquences épistémologiques de la mécanique quan-
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tique. Il publia notamment sur ce sujet : L’évolution de l’idée de
causalité (Mémoires de la Société R. des Sc. de Liège , vol 6, 1942)
Strife about complementarity (Science Progress, 163, 393, 1953),
The Measuring Process in Quantum Mechanics (Suppl. to Progress
in theoretical Physics, 1965), On the Foundations of statistical
thermodynamics (Acta Physica Polonica, 14, 3, 1955) ; Le conflit
épistémologique entre Einstein et Bohr (Revue de métaphysique et
de morale, 67, 147, 1962) ; Questions of irreversibility and ergodi-
city (Ergodic Theories, ed. P. Caldirola, Bologna, 1962).
En 1940, Rosenfeld soumet à la Classe des Sciences de notre
oAcadémie un mémoire d’une trentaine de pages (vol 18, n 6) Sur
le tenseur d’impulsion-énergie. Il y expose un procédé général per-
mettant d’obtenir le tenseur d’impulsion-énergie d’un système
physique pour lequel on dispose d’un langrangien invariant dans
le cadre de la relativité restreinte.
C’est peu avant la date fatidique du 10 mai 1940 que Rosenfeld
quitte Liège pour accepter la chaire de mécanique et de physique
théorique de l’Université d’Utrecht. Il va la garder jusqu’en 1947.
Durant cette période, Rosenfeld s’intéresse plus particulièrement
à la théorie des forces nucléaires. Son idée est que les réactions
entre nucléons procèdent par échange de mésons. Il publie en
1948 Nuclear Forces, un ouvrage qui fait autorité en la matière. En
1947, Rosenfeld est appelé à Manchester pour diriger le départe-
ment de physique théorique. Il continue ses recherches en phy-
sique atomique et en physique nucléaire. Il forme à Manchester
toute une pléiade de physiciens qui rayonnent non seulement sur
les îles britanniques mais aussi sur le Continent et outre-Atlan-
tique. Il est le lauréat du Prix Francqui en 1949, « pour le carac-
tère fondamental de ses recherches sur la théorie quantique de la
matière et des radiations et sur les forces nucléaires ». En 1956, il
fonde la revue Nuclear Physics dont il assumera la direction jus-
qu’à la fin de sa vie, et qui permettra à de nombreux chercheurs de
publier sans frais le résultat de leurs travaux.
Rosenfeld ne devait pas rester à Manchester au-delà de 1958.
En effet, sur proposition de Niels Bohr, il accepte à cette époque
une chaire à l’Institut NORDITA à Copenhague. Il y restera jus-
qu’à la fin de sa vie. À Copenhague, il poursuit son travail sur les
théories de Bohr après le décès de ce dernier en 1962 ; il entre-
prend de nouveaux travaux sur les forces nucléaires, notamment
en collaboration avec Jean Humblet, alors professeur à l’Univer-
sité de Liège. La nouvelle formulation des forces nucléaires qui en
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résulte a de nombreux prolongements dans des études menées
tant à Liège qu’à Heidelberg. À partir de 1970, Rosenfeld s’inté-
resse à nouveau aux problèmes de mécanique statistique et com-
mence une collaboration avec le groupe de notre regretté confrère
Ilya Prigogine. Comme le rapporte ce dernier, Rosenfeld, qui avait
étudié la physique au moment où s’élaboraient les bases de la
mécanique quantique était d’un précieux apport. Car Prigogine,
en thermodynamicien, était armé pour étudier les nombreuses
manifestations de l’irréversibilité dans le monde macroscopique,
mais il se rendait compte que ses travaux le conduisaient à recon-
sidérer les bases mêmes de la physique quantique. À ce moment,
Rosenfeld, qui a participé à la formulation même des bases épis-
témologiques de la mécanique quantique, trouve que le moment
est favorable à l’élargissement du cadre conceptuel de cette méca-
nique. Rosenfeld a ainsi élargi l’emploi du concept de complé-
mentarité, en l’appliquant, entre autres, à la dualité entre un objet
macroscopique étudié du point de vue dynamique et en terme des
phénomènes irréversibles qui s’y produisent. Prigogine n’eut qu’à
se féliciter de cette intervention de Rosenfeld, qui put préciser le
contenu du principe de complémentarité. Prigogine a pu en effet
montrer que, « moyennant des conditions très générales, les lois
de la dynamique classique ou quantique peuvent être formulées
de deux manières distinctes : d’une part, une formulation hamil-
tonienne qui contient les lois du mouvement quantique ou clas-
sique des particules ; d’autre part, une formulation dissipative qui
contient les lois de la croissance de l’entropie. Ces deux formula-
tions sont liées par une transformation qui généralise les lois de
transformation canonique ou unitaire de la dynamique. »
(I. PRIGOGINE, Bull. Cl. Sc. Acad. R. Belgique, 60, 1974, pp. 848-
849).
Rosenfeld est à la fin de sa vie très satisfait de cette collabora-
tion et attache une grande importance aux résultats obtenus par le
groupe de Bruxelles. Bien que de stature internationale par l’im-
portance de ses travaux et par les postes qu’il a occupés durant sa
carrière, il a gardé des liens privilégiés avec la Belgique, où il
revient de temps à autre pour y faire un séminaire et pour présider
aux activités du Laboratoire des hautes Énergies, établi sous les
auspices de l’Institut Interuniversitaire des Sciences Nucléaires.
On le voit : les intérêts de Rosenfeld en physique sont très
variés. Il étend sa curiosité à des problèmes sociaux et à tout ce
qui touche à l’épistémologie et à la psychologie. C’est ainsi qu’il
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s’intéresse aux travaux de J. Piaget sur la formation du langage et
du développement de la pensée chez l’enfant. Il est aussi un ama-
teur éclairé d’art contemporain.
Le monde scientifique n’a pas manqué de témoigner à Léon
Rosenfeld toute son admiration pour l’excellence et la diversité de
son œuvre scientifique. Les universités de Copenhague et de
Bruxelles l’ont élu docteur honoris causa. Il est membre de l’Aca-
démie Royale du Danemark et associé d’autres institutions scien-
tifiques étrangères. Notre Académie l’a élu associé de la Section
des Sciences mathématiques et physiques le 6 juin 1959. En 1964,
le volume 57 de la revue Nuclear Physics a rassemblé les contribu-
tions que ses amis ont voulu lui dédier à l’occasion de son soixan-
tième anniversaire. Un Léon Rosenfeld Scholarship Fund a été
créé quelques jours avant son décès le 23 mars 1974. La bibliogra-
phie de cette notice rassemble les hommages qui lui ont été consa-
crés peu après sa disparition. En 1979, une sélection de ses tra-
vaux a été rassemblée dans un volume fort de plus de neuf cent
pages, et constitue le tome 21 des Boston Studies in the Philosophy
of Science, édité par Robert S. Cohen et John J. Stachel.
Références bibliographiques
G. E. BROWN, Léon Rosenfeld, 14 August 1904-23 March 1974,
Nuclear Physics, vol. A 233, Amsterdam, 1974, pp. I-VIII.
R. C. COHEN et J. J. STACHEL (éditeurs), Selected papers of Léon
Rosenfeld, Boston Studies in the Philosophy of Science, vol. 21,
Dordrecht-Boston-Londres, 1979 (sélection des travaux de
L. Rosenfeld et liste des références de ses publications).
I. PRIGOGINE, Léon Rosenfeld et les fondements de la physique
moderne, Académie royale de Belgique. Bulletin de la Classe de
eSciences, 5 série, 60, 1974, pp. 841-854.
S. ROZENTAL, Préface du volume dédié à Léon Rosenfeld à l’oc-
casion de son soixantième anniversaire, Nuclear Physics, 57,
Amsterdam, 1964, pp. 2-3.
S. ROZENTAL, chapitre d’introduction à R. C. COHEN et
J. J. STACHEL (éditeurs), Selected papers of Léon Rosenfeld,
Boston Studies in the Philosophy of Science, vol. 21, Dor-
drecht-Boston-Londres, 1979.
J. SERPE, In memoriam Professeur L. Rosenfeld, Physicalia,
vol. 10, fasc. 16, 1974, p. 1.
45www.academieroyale.be
J. SERPE, L. Rosenfeld, E. Wahle (éditeur), Apports de Liège au
Progrès des Sciences et des Techniques, Liège, 1981, pp. 77-80
(une photographie).
J. SERPE, Léon Rosenfeld, Florilège des Sciences de Belgique,
vol. 2, Bruxelles, p. 389-402, portrait photographique (Acadé-
mie royale de Belgique).
J. SERPE, Rosenfeld L., Nouvelle Biographie Nationale, II, 1990,
pp. 317-321.
P. SWINGS, In memoriam Léon Rosenfeld, Académie royale de
eBelgique. Bulletin de la Classe de Sciences, 5 série, 60, 1974,
pp. 656-662.
Bibliographie de Léon Rosenfeld
1922
Sur l’homogénéité d’une définition, Bull. Scient. de l’Association des Élèves des
Écoles spéciales. Université de Liège, 20, pp. 9-11.
Sur la trisection de l’angle, Ibidem, 20, pp. 86-89.
1923
De quelques « quadrateurs » du cercle, Ibidem, 20, pp. 129-144.
Problèmes de tracés continus, Ibidem, 21, pp. 37-58.
Eugène Catalan (notice biographique), Ibidem, 21, pp. 65-70.
Questions à résoudre, Ibidem, 21, p. 113.
1924
Sur quelques paralogismes mathématiques, Ibidem, 21, pp.135-150.
La biréfringence électrique, Ibidem, 22, pp. 158-178.
1927
L’électron magnétique en mécanique ondulatoire. Bull. de la Classe des
eSciences,5 série, 13, Académie royale de Belgique, pp. 326-328.
L’univers à cinq dimensions et la mécanique ondulatoire, Ibidem, pp. 304-325,
447-458, 573-579, 661-682.
L’électron magnétique et la mécanique ondulatoire, Compt. Rend., 184,
pp. 1540-1541.
La théorie des couleurs de Newton et ses adversaires, Isis, 9, pp. 44-65.
Le problème logique de la définition des nombres irrationnels, Ibidem, 9,
pp. 345-358.
1928
(avec E. E. WITMER), Über die Hohlraumstrahlung und die Lichtquantenhy-
pothese, Z. Phys., 47, pp. 517-521.
46
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www.academieroyale.be
(avec E. E. WITMER), Über die Beugung der de Broglieschen Wellen am Krys-
tallgitter, Die Naturwissenschaften, 16, p. 149.
(avec E. E. WITMER), Über die Beugung von de Broglieschen Wellen an Krys-
tallgittern, Z. Phys., 48, pp. 530-540.
Brechungsindex der Elektronen und Diamagnetismus, Die Naturwissenchaften,
17, pp. 49-50.
(avec E. E. WITMER), Über den Brechungsindex der Elektronenwellen,
Z. Phys., 49, pp. 534-540.
Quantenmechanische Theorie des Natürlichen optischen Aktivität von Flüs-
sigkeiten und Gasen, Ibidem, 52, pp. 161-174.
René-François de Sluse et le problème des tangentes, Isis, 10, pp. 416-434.
Le premier conflit entre la théorie ondulatoire et la théorie corpusculaire de la
lumière, Ibidem, 11, pp. 111-122.
1929
Zur Theorie des Faradayeffekts, Z. Phys., 57, pp. 835-854.
Über die longitudinalen Eigenlösungen der Heisenberg-Paulischen elektroma-
gnetischen Gleichungen, Ibidem, 58, pp. 540-555.
Edmund Hoppe (1854-1928), Isis, 13, pp. 45-50.
1930
Bemerkung über die Invarianz der kanonischen Vertauschungsrelationen,
Z.Phys., 63, pp. 574-575.
Zur Quantelung der Wellenfelder, Ann. der Phys., (5), 5, pp. 113-152.
Über die Gravitationswirkungen des Lichtes, Z. Phys., 65, pp. 589-599.
1931
(avec J. SOLOMON), Sur la théorie quantique du rayonnement, J. de Phys. et
Rad. (7), 2, pp. 139-147.
(avec J. SOLOMON), Zur theorie der Hohlraumstrahlung, Die Naturwissenchaf-
ten, 19, p. 376.
Zur Kritik der Diracschen Strahlungstheorie, Z. Phys., 70, pp. 454-462.
Zur korrespondenzmässigen Behandlung der Linienbreite, Ibidem, 71, pp. 273-
278.
Bemerkung zur korrespondenzmässigen Behandlung des relativistischen
Mehrkörperproblems, Z. Phys., 73, pp. 253-259.
Über die quantentheoretische Behandlung der Strahlungsprobleme, Extrait des
Atti del Convegno di Fisica Nucleare de la « Fondazione Alessandro Volta »,
pp. 5-9.
1932
Über eine mögliche Fassung des Diracschen Programms zur Quantenelektro-
dynamik und deren formalen Zusammenhang mit der Heisenberg-Pauli-
schen Theorie, Z. Phys., 76, pp. 729-734.
La théorie quantique des champs, Annales de l’Institut H. Poincaré, 2, pp. 25-
91.
47www.academieroyale.be
Marcus Marcis Untersuchungen über das Prisma und ihr Verhaltnis zu New-
tons Farbentheorie, Isis, 17, pp. 325-330.
1933
(avec Y. CAMBRESIER), On the Dissociation of Molecules in the Atmospheres
of the Stars of the Main Sequence, Monthly Notices of the Roy. Astron.
Soc., 93, pp. 710-723.
The Dissociation of Molecules in the Atmospheres of the Carbon Stars,
Ibidem, 93, pp. 724-729.
(avec N. BOHR), Zur Frage der Messbarkeit der elektromagnetischen Feldgrös-
osen, Mat.-fys. Medd. Dan. Vid. Selsk., 12, n 8.
1935
Kvanteteori og Feltfysik, Fysisk Tidsskrift, 33, pp. 109-121.
(avec S. CHANDRASEKHAR), Production of Electron Pairs and the Theory of
Stellar Structure, Nature, 135, pp. 999-1000.
1936
Sur l’enseignement au Danemark, Bull. Assoc. Amis de l’Univ. de Liège, 8,
pp. 135-149.
La première phase de l’évolution de la théorie des quanta, Osiris, 2, pp. 149-
196.
1937
(avec P. SWINGS), Considerations Regarding Interstellar Molecules, Astrophys.
J., 86, pp. 483-486.
Le dualisme entre ondes et corpuscules, Archeion, 19, pp. 74-77.
C’est un animateur, un apôtre (Langevin 65 years old), L’Humanité, 22 janvier.
1938
Remarques sur la question des précurseurs, Archeion, 21, pp. 74-77.
1939
(avec C. MOLLER), Theory of Mesons and Nuclear Forces, Nature, 143,
pp. 241-242.
(avec C. MOLLER), The Electric Quadrupole Moment of the Deuteron and the
Field Theory of Nuclear Forces, Ibidem, 144, pp. 476-477.
(avec C. MOLLER et S. ROZENTAL), Connections between the Life-Time of the
Meson and the Beta-Decay of Light Elements, Ibidem, 144, pp. 629-630.
1940
(avec C. MOLLER), On the Field Theory of Nuclear Forces, Mat.-fys. Medd.
oDan. Vid. Selsk., 17, n 8.
Sur la teneur d’impulsion-énergie, Mémoires de la Classe des Sciences, T.18,
fasc. 6, Académie royale de Belgique, pp. 1-30.
48
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