Stephen Hawking, l’un des esprits les plus brillants et les plus influents de notre époque, a marqué l’histoire de la science et de la cosmologie de manière indéniable. Célèbre pour ses contributions majeures à la physique théorique, Hawking a transcendé les frontières de la connaissance en explorant les mystères de l’univers et en défiant les limites de son propre corps. Dans cet article, nous plongerons dans le portrait fascinant de Stephen Hawking, détaillant ses réalisations remarquables, sa vision unique de l’univers et son combat contre la maladie qui a progressivement paralysé son corps, mais n’a jamais pu entraver son esprit brillant. De sa théorie révolutionnaire sur les trous noirs à son best-seller mondial « Une brève histoire du temps », Hawking a captivé le grand public avec ses idées complexes et sa capacité à communiquer des concepts scientifiques ardus de manière accessible.
Qui était Stephen Hawking ?
Son enfance
Stephen William Hawking était un physicien, cosmologue et théoricien britannique né le 8 janvier 1942 mort le 14 mars 2018. Plusieurs anecdotes entourent sa naissance. Tout d’abord, il est né 300 jours après la mort du grand scientifique Galilée. Ensuite, il naît en plein milieu de la Seconde Guerre mondiale, à une période où l’Allemagne bombardait le Royaume-Uni, à l’exception de certaines villes, dont Oxford, grâce à un accord signé entre les deux pays. Entre la naissance de Stephen Hawking, l’un des plus grands scientifiques de son époque, et la création de l’ordinateur, l’Allemagne a rendu beaucoup de services à la communauté scientifique sans le vouloir.
Stephen Hawking est connu pour ses travaux sur les trous noirs et la cosmologie quantique, malgré un parcours scolaire loin d’être exceptionnel. En effet, durant ses jeunes années, c’était un élève ni bon, ni mauvais. Malgré tout, à l’âge de 17 ans, il obtient une bourse pour aller étudier à Oxford. Son père lui conseille de se spécialiser dans les mathématiques, mais Hawking n’est pas bon dans ce domaine et choisit finalement la physique. À Oxford, il n’excelle pas non plus, mais à l’époque, la politique de l’établissement évitait un maximum les redoublements. Il obtient son diplôme et effectue un doctorat en physique du côté de Cambridge, à seulement 20 ans. C’est alors qu’apparaissent les premiers signes de sa maladie.
La maladie de Stephen Hawking
À 21 ans, Stephen Hawking est diagnostiqué d’une Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) nommée « Maladie de Charcot » en France. C’est une maladie neuro-dégénérative qui atrophie petit à petit ses muscles, ce qui le paralyse assez rapidement. Il peut compter sur le soutien indéfectible de celle qui va devenir sa femme, Jane Wilde, avec qui il va avoir trois enfants, pour surmonter cette épreuve. Pourtant, les choses ne vont pas s’arranger.
En 1985, il est diagnostiqué d’une pneumonie, ce qui entraîne une trachéotomie, une opération de la gorge qui va lui faire perdre totalement la parole. Dans l’incapacité de bouger et de s’exprimer, les médecins proposent à Jane Wilde de « débrancher » son mari afin d’atténuer ses souffrances, ce qu’elle refuse. Suite à son opération, Walt Waltosz crée un dispositif qui rend, dans une certaine mesure, la parole à Stephen Hawking. Il permet au scientifique de diffuser, sur un écran, ce qu’il souhaite dire grâce à un commutateur situé dans ses mains. Avec les dégradations progressives de son état, le dispositif va connaître des améliorations. Après la perte de l’usage de ses mains, il est raccordé à ses joues via une branche de ses lunettes et les mouvements de sa joue lui permettent de sélectionner la lettre qu’il souhaite écrire sur son écran. En 2001, le dispositif évolue une fois de plus et passe à un système de reconnaissance faciale. Ainsi, le scientifique parvient à communiquer grâce aux mouvements de ses lèvres et de ses sourcils.
Initialement, ce système lui permettait d’écrire cinq mots par minute. Sa vitesse va très vite doubler avec la dernière mise à jour. Et cela ne l’empêche pas de donner des cours à l’Université. Pour la petite anecdote, il donna des cours de mathématiques, une discipline loin d’être sa spécialité. La perte de la parole et de sa motricité ne l’empêche pas de sortir le best-seller Une Brève Histoire du Temps en 1988.
Une brève histoire du temps : Le best-seller de Stephen Hawking
Une Brève Histoire du Temps : Du Big Bang aux Trous Noirs est un livre scientifique paru en 1988. Il va rencontrer un succès phénoménal avec plus de 10 millions de copies vendues, une traduction dans 35 langues différentes et plus de 237 semaines en numéro un des ventes du Sunday Times. Ce livre est la plus grande œuvre de vulgarisation scientifique de l’Histoire. L’idée est ici de fournir une explication simple des plus grands phénomènes cosmologiques comme le Big Bang ou encore les trous noirs. Ainsi, dans ce livre, pas de grande formule mathématique complexe à assimiler, mais des exemples concrets du fonctionnement de l’univers.
Ce livre permet d’accroître la reconnaissance de Stephen Hawking et de le placer comme l’un des meilleurs scientifiques de la planète. Cependant, il sait très bien qu’une partie de son succès est due à son handicap. Il en profite alors pour rendre la physique accessible à un maximum de personnes. En 1996, il sort une réédition dans laquelle il évoque la possibilité de voyager dans les temps grâce aux trous de ver.
Le principe de la singularité émis par Stephen Hawking
En 1966, Stephen Hawking publie sa thèse et dans le dernier chapitre, il évoque les singularités de l’Univers avec le principe de la théorie et de la relativité du Big Bang. Une singularité est un concept mathématique, quelque chose qui sort de l’ordinaire et qu’on ne parvient pas à analyser avec nos connaissances actuelles. Par exemple, il est inconcevable de diviser un nombre par 0, c’est une singularité. À l’échelle de l’Univers, cela correspond à une région dans laquelle nos lois de la physique ainsi que l’espace-temps ne s’appliquent pas de la manière dont nous les concevons.
Dans sa thèse, Hawking reprend la théorie de la relativité d’Albert Einstein qui disait qu’une étoile très massive finirait par s’effondrer sur elle-même en un point tellement dense que rien ne pourrait s’échapper, pas même la lumière. C’est le concept même d’un trou noir. À partir de là, Stephen Hawking émet l’hypothèse que le Big Bang serait, en réalité, un trou noir inversé. Au lieu de rassembler toute sa masse sur un point, il se disperserait dans tout l’Univers. C’est de cette manière que Stephen Hawking théorise sur le fait que l’univers est en constante évolution.
Pour convaincre la communauté scientifique, il publie, en 1970, un article, avec son collègue Roger Penrose. Dans celui-ci, il tente de démontrer que tout l’Univers aurait pu démarrer par une singularité. On appelle cela, aujourd’hui, le théorème des singularités. Il s’agit de l’une des plus grandes avancées en physique de Stephen Hawking.
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Rayonnement d’Hawking : Sa théorie phare sur les trous noirs
En 1974, Stephen Hawking émet une théorie concernant les trous noirs qui va marquer la communauté scientifique et impacter considérablement notre manière de les aborder. Il émet la théorie selon laquelle, un trou noir émet un rayonnement très léger qui, à terme, le fait s’évaporer. On l’appelle le rayonnement d’Hawking.
Qu’est-ce qu’un trou noir ?
Avant de se pencher sur la théorie émise par Stephen Hawking, il faut définir les caractéristiques d’un trou noir. Il s’agit d’une zone dans l’espace dans laquelle la gravité est si forte que, même la lumière, qui est pourtant le phénomène le plus rapide connu à ce jour, ne peut pas s’en échapper. Pour te matérialiser un peu plus ce qu’est concrètement un trou noir, tu peux le visualiser comme une immense forme sphérique délimitée par un horizon. Celui-ci est nommé l’horizon des événements ; c’est le point de non-retour du trou noir. Tout objet ayant franchi cette limite ne peut plus s’échapper du trou noir et est absorbé par sa singularité. Cette dernière est un espace au sein du trou noir dans lequel la gravité, l’espace et le temps ne fonctionnent plus correctement, ils ne fonctionnent pas selon nos standards.
Un trou noir est donc entouré de matière, ce qui permet de le faire rayonner depuis la Terre. Cependant, ce n’est pas le trou noir en lui-même qui rayonne, mais l’amas de matières qui l’entoure dans l’attente de se faire absorber par le trou noir. Aux abords du trou noir règne ce qui est qualifié de vide, c’est-à-dire un état dans lequel les ondes négatives et positives se complètent à la perfection. Dans la physique quantique, on appelle cela la « Théorie quantique des champs ».
Les fondements du rayonnement de Hawking ?
Comme évoqué plus haut, des particules négatives et positives coexistent au niveau de l’horizon du trou noir. Néanmoins, les particules positives ne sont pas absorbées et peuvent s’échapper, ce qui n’est pas le cas pour les particules négatives. Celles-ci sont absorbées par le trou noir, ce qui lui fait perdre de l’énergie. Cela entraîne une perte de sa masse qui va petit à petit entraîner son évaporation. Pendant l’opération, le trou noir émet d’importantes radiations thermiques. On appelle cela le rayonnement d’Hawking.
Grâce à l’ensemble de ces particules qui gravitent autour du trou noir, celui-ci permet de lui donner une température. Plus le trou noir est gros, plus sa température est faible et moins la courbure de l’espace-temps se fait ressentir au niveau de l’horizon des événements. De fait, son évaporation est plus lente. À l’inverse, plus le trou noir est petit, plus sa température augmente et plus son évaporation sera rapide. Pour faire simple, en rétrécissant, le trou noir perd de l’énergie et voit sa température augmenter. Néanmoins, les plus gros trous noirs pèsent des milliards et des milliards de tonnes, leur évaporation est très lente. Dire que l’évaporation est très lente est un euphémisme. En réalité, il est impossible de quantifier la lenteur à laquelle ces immenses trous noirs s’évaporent, car les scientifiques estiment que cette durée est supérieure à l’âge de l’univers.
De plus, un nouveau phénomène diminue davantage la vitesse d’évaporation des trous noirs. Suite au Big Bang, l’Univers émet un rayonnement nommé fond diffus cosmologique. Les trous noirs absorbent ce rayonnement et grossissent. Par conséquent, leur absorption est encore plus lente. Si un jour (un jour tellement lointain que l’Humanité aura disparu depuis bien des millénaires), avec l’expansion de l’univers, le rayonnement émis par le fond diffus cosmique diminue, les trous noirs pourraient alors entamer leur évaporation.
Mais le problème est le suivant : les scientifiques ne peuvent pas étudier l’évaporation des trous noirs. C’est pour cela qu’ils espèrent pouvoir trouver des trous noirs primordiaux apparus juste après le Big Bang. Selon la théorie des scientifiques, ces trous noirs seraient bien plus petits et auraient déjà entamé leur processus d’évaporation. Leur souhait le plus cher ? Recevoir leur rayonnement afin de pouvoir les étudier. Néanmoins, le rayonnement de Hawking n’est que théorique, il est impossible à prouver pour le moment, mais a permis de mettre au point une formule qui donne la température d’un trou noir qui réunit à la fois relativité, gravitation, physique quantique et thermodynamique.
Le paradoxe de l’information découlant du rayonnement émis par Stephen Hawking
Le phénomène d’évaporation des trous noirs entraîne un paradoxe nommé le paradoxe de l’information. Celui-ci repose sur les bases de la conception de la physique actuelle. En temps normal, à partir de l’état final d’un système, il est possible de retrouver son état initial, mais pas pour deux trous noirs parfaitement identiques. Ils peuvent avoir été formés à partir de deux étoiles parfaitement différentes. Une fois l’évaporation terminée, il est impossible de revenir à l’état initial du trou. Ce qui est inconcevable selon notre conception actuelle de la physique. En effet, normalement, il devrait y avoir une trace infime du trou noir qui regroupe toute l’information qu’il a accumulée durant son existence. C’est là-dessus que repose le paradoxe de l’information. Les scientifiques ont émis l’hypothèse selon laquelle le trou noir ne disparaissait pas totalement, mais laisse un minuscule résidu contenant toutes les informations qu’il a accumulées.
Si tu souhaites en apprendre plus sur les trous noirs et le rayonnement de Hawking, nous pouvons que te conseiller l’excellente vidéo de ScienceClic sur le sujet.
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Stephen Hawking et le voyage dans le temps
Sa théorie sur le voyage dans le temps
Parmi tous ses travaux, Stephen Hawking a beaucoup travaillé sur le voyage temporel. Depuis la théorie de la relativité d’Einstein, il est communément admis que l’espace et le temps sont indissociables. De plus, la perception du temps est relative, plus la courbure de l’espace-temps est importante, plus le temps s’écoule rapidement, cette courbure varie selon la masse du corps qui la déforme. En clair, une seconde aux abords d’un trou noir équivaut à plusieurs années sur Terre. Second point à noter, l’intégralité des êtres vivants voyage dans le temps, mais uniquement vers le futur à travers ce que l’on appelle la flèche du temps. Or, celle-ci s’écoule uniquement vers l’avenir, il n’y a aucun retour en arrière possible.
En partant de ces éléments, Stephen Hawking a essayé de théoriser la conjecture de protection chronologique. Il dit que si on conçoit des lois de l’univers immuables, l’impossibilité d’effectuer un voyage instantané dans le temps, que ce soit vers le futur ou vers le passé, est impossible. Pour vérifier cette théorie, Stephen Hawking organise une expérience qui va traverser les frontières de l’espace et du temps, le 28 juin 2009.
L’expérience du 28 juin 2009
Pour vérifier sa théorie de la conjecture de protection, Stephen Hawking organise une fête à l’université de Cambridge, le 28 juin 2009. Très restreint, le panel d’invités n’est pas venu pour chanter Les démons de minuit jusqu’à l’aube, comme tu peux t’en douter, mais bel et bien de prouver l’existence du voyage temporel. L’objectif est de faire venir des humains du futur. Pour cela, il a réfléchi à une manière de les inviter à la fête. Après celle-ci, le 29 juin 2009, il publie un communiqué dans les médias avec la date et les coordonnées de la fête. Il se dit que si l’expérience est un succès, avec la renommée qu’elle va avoir, des voyageurs temporels vont venir. Tu te demandes alors s’il y a eu des personnes du futur lors de cette fête du 28 juin. Sans surprise, personne n’est venue. Dans un sens, c’est plutôt une bonne nouvelle pour Stephen Hawking, cela lui permet de démontrer que le voyage instantané vers le passé est bel et bien impossible.
Toutefois, des scientifiques se sont demandés pourquoi personne n’était venu du futur ce jour-là. Quatre théories peuvent être considérées comme crédibles si on considère que l’expérience est réalisable :
– L’oubli total : Bientôt 15 ans après la réalisation de cette expérience, plus personne n’en parle. Alors imagine, sur des centaines voire des milliers d’années, la fête sera tombée dans les limbes de l’Histoire de l’humanité ;
– Le désintérêt : Aujourd’hui, le voyage dans le temps fascine les esprits, il suffit juste de voir le nombre d’œuvres culturelles qui en parlent. Dans le futur, cette idée serait peut-être dépassée, car nos congénères de demain n’ont plus envie ou qu’il n’y a pas les fonds pour réaliser l’expérience ;
– L’impossibilité technologique : Quand bien même le voyage dans serait physiquement réalisable, il se peut bien que l’humanité n’y ait jamais accès en vue des limites de notre technologie pour réaliser cette prouesse. Ou alors, l’Humanité aura disparu avant d’y parvenir ;
– L’impossibilité théorique totale : Dernière hypothèse et la plus probable à ce jour. Le voyage instantané dans le temps est purement et simplement impossible. Si personne n’est venue à la fête de Stephen Hawking, c’est tout bonnement parce que personne ne le peut à cause des lois de la physique. Comme évoqué plus haut, on ne peut se déplacer que vers le futur. Un voyage vers le passé n’implique pas simplement de choisir une date dans le passé et d’y aller, parce que l’Univers est en perpétuel mouvement. Par conséquent, pour voyager vers le passé, il faut trouver une date, mais également trouver la position exacte de l’Univers à ce moment-là, autrement dit un centre à l’Univers.
L’empreinte de Stephen Hawking dans la pop-culture
Avec son physique atypique que l’on pourrait presque qualifier d’homme-machine, Stephen Hawking est la personnalité publique parfaite pour être adaptée dans une série ou un dessin animé. Bonne nouvelle : Stephen Hawking était rempli d’autodérision et il n’avait aucun souci à apparaître dans différents projets. Ainsi, tu peux le retrouver dans plusieurs épisodes des Simpson, dans Big Bang Theory, dans Futurama ou encore dans Star Trek New Generation.
Le scientifique ne se limite pas uniquement aux séries ou dessins animés. En effet, si tu tends l’oreille, tu peux l’entendre sur le son Keep Talking des Pink Floyd.
Toutes ces apparitions lui permettent d’accroître davantage sa popularité, ce qui permet d’intéresser de plus en plus de personnes à ces travaux. Grâce à cela, sa mission de rendre la physique accessible à tous est un succès.
Tu l’auras compris, Stephen Hawking était un scientifique de génie qui a réalisé de nombreux travaux afin de faire avancer la physique et de tenter de percer les secrets de l’Univers. Malgré son lourd handicap, il ne se plaignait pas de son sort et était rempli d’autodérision. Comme il le dit, son corps était peut-être emprisonné, mais son esprit, lui, restait libre.
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