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Stephen Hawking et la vulgarisation scientifique

Plus connu pour sa maladie par la majorité de la population, cet astrophysicien a néanmoins été un pilier dans son domaine de prédilection : le cosmos. Revenons sur ce pour quoi ce grand homme s’est tant battu lors de la progression de sa maladie.


Portrait de Stephen Hawking © Liam White/AlamyStockPhoto

Quelque part dans notre univers se trouve une galaxie, comme tant d’autres, avec une étoile jaune, et non loin de celle-ci gravite une planète où des êtres cherchent à percer le mystère des étoiles. Il y a quatorze milliards d’années, tout ce que nous étudions encore aujourd’hui naissait du néant. Nous, simples mutations de primates, avons la chance de pouvoir observer le cosmos et d’en comprendre enfin une infime partie déjà bien impressionnante. Nous en avons plus appris sur l’Univers en un siècle qu’au cours de toute notre Histoire. Monsieur Hawking n’a travaillé toute sa vie que pour cette simple question: Comment fonctionne l’Univers et pourquoi existe-t-il ?


Un homme, une maladie

Né le 8 janvier 1942 à Oxford, Stephen William Hawking était physicien théoricien reconnu mondialement ainsi que cosmologiste en Grande-Bretagne. À la fin de ses études à Oxford, vers ses vingt ans, on diagnostique une forme rare de sclérose latérale amyotrophique, appelée également “maladie de Charcot” en France. Il s’agit d’une maladie neurodégénérative grave qui paralyse progressivement les muscles responsables de la motricité. Fils d’un chercheur en biologie et d’une militante politique, il se retrouve d’année en année de plus en plus paralysé et ceci jusqu’à ne plus être capable de vivre par ses propres moyens.


Même si la course contre la montre est lancée pour ce jeune prodige, celui-ci a réussi à se distinguer par son intelligence. Suite à l’obtention de son doctorat à Cambridge, il devient alors chercheur, et plus tard, une véritable star en vulgarisant son propre travail à partir de la fin des années 1990. Professeur de mathématiques à l’Université de Cambridge de 1980 à 2009 et chercheur distingué du Perimeter Institute for Theoretical Physics, son succès est dû à ses ouvrages scientifiques où il explique clairement ses théories et parle de cosmologie en général notamment dans son best-seller Une brève histoire du temps. Il deviendra même le plus jeune membre de la Royal Society et aimait rappeler qu’il était né trois-cents ans, jour pour jour, après la mort de Galilée (savant italien à la Renaissance). Il s'est éteint le 14 mars 2018, le jour de l’anniversaire de la naissance d’Einstein.


Représentation imagée d’un trou noir © NASA/JPL-CALTECH

Un génie et sa vulgarisation

Ce talentueux astrophysicien était plus communément connu pour ses vulgarisations, autrement dit il aimait expliquer de manière simple les sujets les plus complexes dans son domaine. Principalement cosmologiste, il a décrit l’Univers et son histoire dans différents médias tels que ses livres (écrits par sa femme à l’époque), des conférences grand public ou même des documentaires. Ses thèmes de prédilection étaient la relativité générale, les trous noirs et la singularité cosmologique du Big Bang.


Il commence à travailler, notamment pour son doctorat, dans les années 60, sur la théorie de la relativité générale élaborée par Albert Einstein au début du siècle. L’évocation des trous noirs apparaît au XVIIIème siècle, cependant, c’est avec la révolution d’Einstein que le concept créera un véritable intérêt chez les physiciens. Stephen publie sa thèse consacrée à l’expansion de l’Univers en 1966 et y évoque la singularité et le Big Bang.


« L’univers est en expansion donc, théoriquement, si on retourne en arrière dans le temps, on y trouvera une masse dense, compacte et chaude qui correspondrait au fameux Big Bang. »


La singularité est un principe de la théorie de la relativité visant à concevoir que le temps et l’espace ne sont pas deux éléments séparés mais bien liés et ce principe s’appelle le “continuum espace-temps”. L’Univers n’est donc pas composé que de trois dimensions mais bien de quatre. Le vide est donc mouvant et influencé par toute la matière de l’Univers. La taille d’un objet va déformer, plus ou moins, l’espace temps via sa gravitation. L’exemple le plus concret met en scène une bille dans de la gelée, les ondes gravitationnelles étant les fluctuations provoquées par son poids. Partant de ce constat, Albert constate qu’une étoile massive finira forcément pas s’effondrer sur ellemême à cause de sa propre gravité. Restera alors un minuscule mais extrêmement dense point qui attire tout avec lui et piège toute forme de matière ou d’énergie qui franchit une limite appelée “horizon”. Les photons de lumière, l’élément le plus rapide dans l’Univers et qui a une masse nulle, ne peuvent échapper à ce mangeur de matière : le trou noir.


Best-seller de Stephen Hawking © Daniel LEAL-OLIVAS, AFP

Tout ce qui entre dans un trou noir disparaît... Hawking conclut que le Big Bang, l’explosion initiale, est en réalité un trou noir inversé; une singularité qui a fini par recracher toute la matière qu’elle avait préalablement avalée. De plus, d’après lui, ces trous rayonnent et ont une haute température contrairement aux croyances populaires. Tout ce qui est avalé par un trou noir disparaît à jamais; pourtant S. Hawking pense qu’il s’agit en réalité d’une entropie. Ce qui explique le mieux ce phénomène est l’exemple des glaçons, lorsqu’ils fondent ils augmentent le désordre dans les molécules d’eau donc ça augmente le niveau d’entropie.


Cette théorie n’ayant pas convaincu la majorité, le chercheur s’allie à Roger Penrose, physicien et mathématicien, dans les années 70, pour construire la structure et preuves mathématiques de cette idée. Ces recherches vont mener au “théorème des singularités”, une équation liant les paramètres fondamentaux de la relativité générale et de la mécanique quantique, l’une de ses plus grandes contributions à la physique.


“La mécanique quantique est la théorie mathématique et physique décrivant la structure et l'évolution des phénomènes physiques à l'échelle de l'atome et en dessous.” - Physique mécanique quantique sur Futura Sciences.


Et si tout était lié ?

Notre fameux cosmologiste décide alors, dans les années 70, de lier ces deux révolutions de la physique en fondamentalement incompatibles : la relativité générale qui concerne les objets massifs, tout ce qui est régulier, bien déterminé et la mécanique quantique qui concerne les objets microscopiques, qui se trouvent à plusieurs endroits en même temps de manière discontinue. Apparaît alors pour la première fois la théorie du tout. Le “rayonnement de Hawking” est donc la théorie expliquant qu’un trou noir, de part son rayonnement, émet de l’énergie et peut donc diminuer sa masse. Tout ceci arrive à la conclusion qu’un trou noir peut diminuer et même disparaître. Depuis sa découverte, les physiciens cherchent encore à démanteler le vrai du faux et à trouver la vérité sur la création de l’Univers. Aujourd’hui, la théorie des cordes est celle qui est la plus étudiée mais Stephen a relancé des hypothèses que personne n’envisageait plus.


Ce grand homme, avant de mourir, nous conseillait fortement de trouver une nouvelle planète à coloniser sous peine de nous trouver bientôt à l’étroit sur notre Terre vers les années 2600. Sa dernière requête étant qu’il voulait qu’on se souvienne de lui pour son travail et non pour sa maladie. J’espère que cet article en sera un humble hommage.


Peu sont ceux qui ne sont pas intrigués par ce qu’il se passe au delà des étoiles mais, après avoir lu les textes de ce savant, vous ne pourrez qu’être subjugué par l'Histoire de l’Univers. Qui mieux qu’un expert pourrait nous donner envie de découvrir ces mystères?


Patricia