Qui était Stephen Hawking ?

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Quelle était l’histoire de Stephen Hawking ?

Stephen Hawking est un physicien théorique britannique de renommée mondiale, connu pour ses contributions aux domaines de la cosmologie, de la relativité générale et de la gravité quantique, notamment dans le contexte des trous noirs. Dans les années 1960 et 1970, il a travaillé sur des théorèmes révolutionnaires concernant les singularités dans le cadre de la relativité générale, et a fait la prédiction théorique que les trous noirs devraient émettre un rayonnement (connu aujourd’hui sous le nom de rayonnement de Hawking). Il a également publié plusieurs ouvrages de vulgarisation scientifique dans lesquels il discute de ses propres théories et de la cosmologie en général, notamment le best-seller « Une brève histoire du temps », et il est considéré comme l’un des plus grands esprits de la physique depuis Albert Einstein. Selon ses propres mots : « Mon objectif est simple. Il s’agit de comprendre complètement l’univers, pourquoi il est tel qu’il est et pourquoi il existe tout court ».

Stephen William Hawking est né le 8 janvier 1942 à Oxford, en Angleterre, en pleine Seconde Guerre mondiale. Après sa naissance dans la sécurité relative d’Oxford, la famille retourne à Londres, où son père dirige la division de parasitologie de l’Institut national de recherche médicale, malgré le risque permanent de bombardement par les forces aériennes allemandes. En 1950, Hawking déménage avec sa famille à St. Albans, où il fréquente la St. Albans High School for Girls de 1950 à 1953 (les garçons pouvaient y aller jusqu’à l’âge de 10 ans), et à partir de 11 ans, il fréquente la St. Albans School, où il est un bon élève, sans être exceptionnel.

En 1959, il obtient une bourse d’études à l’University College d’Oxford, l’ancien collège de son père, où il étudie la physique sous la direction de Robert Berman (principalement parce que sa préférence, les mathématiques, n’y est pas proposée) et où il s’intéresse particulièrement à la thermodynamique, à la relativité et à la mécanique quantique. Malgré ses habitudes d’étude parfois laxistes et son ennui de la vie universitaire, il obtient son diplôme en 1962 avec une licence de première classe.

Après avoir obtenu son diplôme, il passe un court moment à étudier les taches solaires à l’observatoire de l’université d’Oxford. Cependant, il se rend vite compte qu’il est plus intéressé par la théorie que par l’observation, et quitte Oxford pour Trinity Hall, à Cambridge, où il étudie un temps sous la direction de Fred Hoyle, l’astronome anglais le plus distingué de l’époque.

Peu après son arrivée à Cambridge, à l’âge de 21 ans, Hawking commence à développer les premiers symptômes de la sclérose latérale amyotrophique (SLA ou « maladie de Lou Gehrig »), un type de maladie du motoneurone qui finira par lui faire perdre presque tout contrôle neuromusculaire. Bien que les médecins aient prédit (à tort) que Hawking ne survivrait pas plus de deux ou trois ans, il a progressivement perdu l’usage de ses bras, de ses jambes et de sa voix, jusqu’à devenir presque complètement paralysé et quadriplégique.

En 1965, il assiste à une conférence du mathématicien anglais Roger Penrose, qui vient de publier un article révolutionnaire sur les singularités spatio-temporelles (événements dans lesquels les lois de la physique semblent s’effondrer). Hawking a retrouvé son énergie et s’est engagé avec une vigueur renouvelée dans l’étude de l’astronomie théorique et de la cosmologie, en particulier dans le domaine des trous noirs et des singularités. Il collaborera plus tard avec Penrose à la rédaction de plusieurs articles importants sur ces sujets.

Un autre tournant dans sa vie se produit également en 1965, avec son mariage avec une étudiante en langues, Jane Wilde. Avec son aide et celle de son tuteur de doctorat, Dennis Sciama, Hawking termine son doctorat et devient chercheur puis professeur au Gonville and Caius College de Cambridge.

En 1968, il rejoint le personnel de l’Institut d’astronomie de Cambridge, où il reste jusqu’en 1973, et commence à appliquer les lois de la thermodynamique aux trous noirs au moyen de mathématiques très complexes. À la fin des années 1960, lui et son ami et collègue de Cambridge, Roger Penrose, ont appliqué un nouveau modèle mathématique complexe qu’ils avaient créé à partir de la théorie générale de la relativité d’Albert Einstein, ce qui a conduit, en 1970, Hawking à prouver le premier des nombreux théorèmes de singularité. Ce théorème fournissait un ensemble de conditions suffisantes pour l’existence d’une singularité dans l’espace-temps, et impliquait également que l’espace et le temps auraient effectivement eu un début dans un événement de type Big Bang, et se termineraient dans des trous noirs. En fait, il a inversé l’idée de Penrose selon laquelle la création d’un trou noir conduirait nécessairement à une singularité, en prouvant que c’est une singularité qui a conduit à la création de l’univers lui-même.

En collaboration avec Brandon Carter, Werner Israel et David Robinson, il a fourni une preuve mathématique du « théorème sans cheveux » de John Wheeler, selon lequel tout trou noir est entièrement décrit par les trois propriétés que sont la masse, le moment angulaire et la charge électrique, et a proposé les quatre lois de la mécanique des trous noirs, similaires aux quatre lois classiques de la thermodynamique. À partir de l’analyse des émissions de rayons gamma, il a également suggéré que des trous noirs primordiaux ou « mini trous noirs » se seraient formés après le Big Bang.

En 1974, Hawking et Jacob Bekenstein ont démontré que les trous noirs ne sont en fait pas complètement noirs, mais qu’ils doivent thermiquement créer et émettre des particules subatomiques, connues aujourd’hui sous le nom de rayonnement de Hawking, jusqu’à ce qu’ils finissent par épuiser leur énergie et s’évaporer. Cela a également donné lieu à ce que l’on appelle le « paradoxe de l’information » ou « paradoxe de Hawking », selon lequel l’information physique (qui signifie en gros l’identité et les propriétés distinctes des particules) semble être complètement perdue dans l’univers, en contradiction avec les lois acceptées de la physique. Hawking a défendu ce paradoxe contre les arguments de Leonard Susskind et d’autres pendant trente ans, jusqu’à ce qu’il se rétracte de façon célèbre en 2004.

Ces réalisations de pointe ont été accomplies malgré la paralysie croissante causée par la SLA de Hawking. En 1974, il est incapable de s’alimenter ou de sortir du lit, et son élocution est si faible qu’il ne peut être compris que par les personnes qui le connaissent bien. En 1985, il attrape une pneumonie et doit subir une trachéotomie, ce qui le rend totalement incapable de parler, bien que divers amis et bienfaiteurs aient collaboré à la fabrication d’un appareil lui permettant d’écrire sur un ordinateur par de petits mouvements de son corps, puis de prononcer ce qu’il a écrit à l’aide d’un synthétiseur vocal.

En 1973, il quitte l’Institut d’astronomie pour le département de mathématiques appliquées et de physique théorique et, en 1979, il est nommé professeur de mathématiques Lucasian à l’université de Cambridge, poste qu’il conservera pendant 30 ans, jusqu’à sa retraite en 2009. Il a eu trois enfants avec Jane Wilde : Robert (1967), Lucy (1969) et Timothy (1979), mais le couple s’est finalement séparé en 1991, apparemment en raison de la pression exercée par la célébrité de Hawking et de son handicap croissant.

Les recherches révolutionnaires de Hawking lui ont valu une notoriété et une célébrité considérables. En 1974, à l’âge de 32 ans, il a été élu l’un des plus jeunes membres de la Royal Society. Il a été fait commandeur de l’ordre de l’Empire britannique (CBE) en 1982, et est devenu Compagnon d’honneur en 1989. Il a accumulé douze diplômes honorifiques, ainsi que de nombreuses autres récompenses, médailles et prix, dont le prix Albert Einstein, le plus prestigieux en physique théorique. Il s’est également fait connaître d’un public plus large, notamment après son livre à succès international de 1988 « Une brève histoire du temps », et ses suites « L’univers en bref » (2001) et « Une histoire plus brève du temps » (2005).

Il a poursuivi ses recherches sur l’explosion des trous noirs, la théorie des cordes et la naissance de trous noirs dans notre propre galaxie. Ses travaux ont également mis en évidence la nécessité d’unifier la relativité générale et la théorie quantique dans une théorie globale de la gravité quantique, appelée « théorie du tout », en particulier si nous voulons expliquer ce qui s’est réellement passé au moment du Big Bang. Dès 1974, sa théorie de l’émission du rayonnement de Hawking par les trous noirs était peut-être l’un des tout premiers exemples de théorie synthétisant, au moins dans une certaine mesure, la mécanique quantique et la relativité générale.

Parmi la myriade d’autres recherches scientifiques menées par Hawking au fil des ans, citons l’étude de la cosmologie quantique, l’inflation cosmique, la production d’hélium dans les univers anisotropes du Big Bang, la cosmologie du « grand N », la matrice de densité de l’univers, la topologie et la structure de l’univers, les bébés univers, les instantons de Yang-Mills et la matrice S, l’espace anti-de Sitter, l’intrication et l’entropie quantiques, la nature de l’espace et du temps et la flèche du temps, l’écume spatio-temporelle, la théorie des cordes, la supergravité, la gravité quantique euclidienne, le hamiltonien gravitationnel, les théories de la gravitation de Brans-Dicke et de Hoyle-Narlikar, le rayonnement gravitationnel, l’holographie, la symétrie temporelle et les trous de ver.

N’ayant jamais peur de susciter la controverse, il a même commencé à remettre en question la théorie du Big Bang elle-même dans les années 1980, suggérant qu’il n’y avait peut-être jamais eu de commencement et qu’il n’y aurait pas de fin, mais seulement des changements, une transition constante d’un « univers » à un autre par le biais d’accrocs dans l’espace-temps. Il a élaboré sa « proposition sans frontières » en collaboration avec le physicien américain Jim Hartle. Dans le cadre de la relativité générale classique, l’univers doit soit être infiniment vieux, soit avoir commencé par une singularité, mais la proposition de Hawking et Hartle soulève une troisième possibilité : l’univers est fini mais n’a pas eu de singularité initiale pour produire une frontière. L’histoire de cet univers sans limite dans le « temps imaginaire » peut peut-être être mieux envisagée en utilisant l’analogie de la surface de la Terre, le Big Bang équivalant au pôle Nord de la Terre, et la taille de l’univers augmentant avec le temps imaginaire à mesure que l’on se dirige vers le sud de l’équateur.

En 1995, Hawking a épousé son infirmière, Elaine Mason, bien qu’ils aient divorcé en 2006 sur fond de rumeurs non confirmées de violences physiques, et il s’est depuis réconcilié avec sa première femme, Jane. En 2003, Hawking tombe dangereusement malade à cause d’une pneumonie, avant de surprendre une fois de plus ses médecins en se rétablissant et en se consacrant de plus en plus à son travail.

En 2004, il revient radicalement sur l’une de ses affirmations controversées concernant les trous noirs (ils détruisent tout ce qui y tombe et aucune information ne peut être récupérée d’un trou noir), affirmant que de nouvelles découvertes pourraient aider à résoudre le « paradoxe de l’information des trous noirs ». Dans sa nouvelle définition des trous noirs, l’horizon des événements n’est pas aussi bien délimité et peut ne pas cacher complètement de l’extérieur tout ce qui s’y trouve, et il a adopté le concept de multivers pour aider à expliquer la conservation de l’information dans les trous noirs.

Le point de vue de Hawking sur l’existence de Dieu a fait l’objet de nombreux débats, en particulier depuis la publication, en 1988, de « Une brève histoire du temps », dans lequel il estime que la découverte d’une théorie globale de tout nous permettrait de « connaître l’esprit de Dieu », ce que certains ont interprété comme étant littéral et d’autres comme étant littéraire. Cependant, dans son livre de 2010 intitulé « The Grand Design », il affirme sans équivoque que « la création spontanée est la raison pour laquelle il y a quelque chose plutôt que rien, pourquoi l’univers existe, pourquoi nous existons. Il n’est pas nécessaire d’invoquer Dieu… pour mettre l’univers en marche ».

Hawking a quitté son poste de professeur de mathématiques Lucasian à Cambridge en 2009, conformément à la politique de retraite de l’université, et a accepté une chaire de recherche distinguée au Perimeter Institute for Theoretical Physics à Waterloo, au Canada. La même année, il a reçu la médaille présidentielle de la liberté, la plus haute distinction civile des États-Unis.

Stephen Hawking est décédé à l’âge de 76 ans le 13 mars 2018.

 

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