Qui était John Wheeler ?

Découvrez son histoire unique dans cet article de blog. Il est connu pour avoir inventé les termes « trou noir » et « trou de ver »!

Qui était John Wheeler ?

John Wheeler était un éminent physicien théorique américain, peut-être plus connu pour avoir inventé les termes « trou noir », « trou de ver » et plusieurs autres expressions colorées. Dans les années 1930, il a développé l’importante « matrice S » en physique des particules et a travaillé avec Niels Bohr pour expliquer la fission nucléaire en termes de physique quantique. Plus tard, il a développé l’équation d’état des étoiles froides et mortes, a contribué à populariser l’étude de la relativité générale dans le courant dominant de la physique théorique, et à consolider la théorie et les preuves des trous noirs. Il a également collaboré avec Albert Einstein dans sa recherche d’une grande théorie unifiée de la physique.

John Archibald Wheeler est né le 9 juillet 1911 à Jacksonville, en Floride, aux États-Unis, l’aîné d’une famille de bibliothécaires. La famille a beaucoup déménagé, et au fil des ans, elle a vécu en Floride, en Californie, dans l’Ohio, à Washington D.C., dans le Maryland et dans le Vermont. Il fréquente le lycée Baltimore City College, dont il sort diplômé en 1926, et poursuit ses études de physique sous la direction de Karl Herzfeld à l’université Johns Hopkins. Il obtient son doctorat en 1933, avec une thèse sur la théorie de la dispersion et de l’absorption de l’hélium. Peu après l’obtention de son diplôme, il se rend à Copenhague, où il travaille pendant un certain temps avec Niels Bohr, le parrain de la révolution de la théorie quantique. Il épouse Janette Hegner en 1935. Ils auront deux filles (Alison Letitia) et un fils (James), et resteront ensemble pendant toute leur longue vie.

Il est devenu professeur de physique à l’université de Princeton en 1938, où il est resté, avec une interruption pendant la Seconde Guerre mondiale, pendant 38 ans, jusqu’en 1976. Durant ses toutes premières années à Princeton, il a introduit la matrice de diffusion (ou « matrice S »), qui relie l’état initial et l’état final pour une interaction de particules, et qui allait devenir un outil indispensable en physique des particules.

Wheeler connaissait bien Einstein et avait parfois l’habitude d’organiser des séminaires avec ses étudiants au domicile d’Einstein. Lorsque Bohr se rendit aux États-Unis en 1939, porteur de la nouvelle de la réussite de la fission nucléaire en Allemagne, Wheeler et lui collaborèrent au développement de l’influent modèle de « goutte liquide » de l’atome, proposé pour la première fois par George Gamow, dans le but d’expliquer la base théorique de la fission nucléaire.

Avec de nombreux autres physiciens de premier plan, Wheeler a interrompu sa carrière universitaire pendant la Seconde Guerre mondiale pour participer au développement de la bombe atomique américaine dans le cadre du projet Manhattan sur le site de Hanford, dans l’État de Washington. Entre autres choses, il a correctement anticipé que l’accumulation de « poisons de produits de fission » (notamment un isotope du xénon) finirait par entraver la réaction en chaîne nucléaire en cours en absorbant les neutrons.

Après la guerre, il est retourné à Princeton pour reprendre sa carrière universitaire et a commencé à donner un cours sur la gravité einsteinienne au début des années 1950, alors qu’elle n’était pas encore considérée comme un domaine d’étude acceptable, bien qu’il ait résisté pendant de nombreuses années à l’idée que les lois de la physique puissent conduire à quelque chose d’aussi apparemment absurde qu’une singularité. Il a cependant continué à travailler pour le gouvernement et a participé activement au développement de la bombe à hydrogène américaine au début des années 1950 à Los Alamos et à Princeton (où il a été responsable de la mise en place du projet Matterhorn). À un moment donné, en 1953, il a été officiellement réprimandé pour avoir apparemment perdu un document classifié sur la bombe à hydrogène. Ses opinions quelque peu belliqueuses sur la défense nationale, la guerre du Vietnam et la défense antimissile allaient souvent à l’encontre de celles de ses collègues plus libéraux.

Ses recherches pour le gouvernement terminées, Wheeler retourne à Princeton, où il collabore avec Albert Einstein dans les dernières années de sa vie sur une « théorie des champs unifiée » des forces physiques de la nature. En 1956, il aide à déterminer les types de matériaux qui se trouvent à l’intérieur des étoiles mortes et froides grâce à l' »équation d’état de Harrison-Wheeler pour la matière froide et morte », et constate qu’il s’agit principalement de fer, car le processus de fusion efficace s’arrête lorsque le noyau atteint cet état. En 1957, alors qu’il travaillait sur des extensions de la relativité générale, il a introduit le mot « trou de ver » pour décrire d’hypothétiques tunnels dans l’espace-temps.

À la fin des années 1950, il a formulé la théorie de la géométrodynamique, un programme de réduction physique et philosophique de tous les phénomènes physiques (y compris la gravitation et l’électromagnétisme) aux propriétés géométriques d’un espace-temps courbé. Il a toutefois abandonné cette théorie au début des années 1970, n’ayant pas réussi à expliquer certains phénomènes physiques importants, tels que l’existence des fermions (électrons, muons, etc.) et les singularités gravitationnelles.

Il a toujours accordé une grande importance à l’enseignement et a continué à enseigner la physique aux étudiants de première et deuxième année, même après avoir atteint la célébrité, car il était convaincu que les jeunes esprits étaient les plus importants. Il était connu pour ses conférences pleines d’énergie, écrivant rapidement sur les tableaux noirs avec les deux mains, et tournant sur lui-même pour établir un contact visuel avec ses étudiants. Parmi ses étudiants diplômés figuraient certains théoriciens importants de la fin du XXe siècle, dont Richard Feynman, Kip Thorne et Hugh Everett.

Il a beaucoup travaillé sur la théorie de l’effondrement gravitationnel et on lui attribue généralement l’invention du terme « trou noir » lors d’une conférence donnée en 1967 à l’Institut Goddard d’études spatiales de la NASA (bien qu’en fait, il y ait été incité par un cri de l’auditoire). Avec Dennis Sciama à Cambridge et Yakov Borisovich Zeldovich à Moscou, Wheeler a fait partie intégrante de ce qu’on appelle « l’âge d’or de la relativité générale » des années 1960 et 1970, un changement de paradigme au cours duquel l’étude de la relativité générale (qui était auparavant considérée comme une curiosité) est entrée dans le courant dominant de la physique théorique. Sous sa direction, Princeton est devenu le principal centre américain de recherche sur la gravité einsteinienne. Le manuel complet de relativité générale « Gravitation », qu’il a coécrit avec Charles Misner et Kip Thorne, a été publié en 1973 et est devenu le manuel de relativité le plus influent pour une génération.

Après la mort d’Einstein, Wheeler a poursuivi ses recherches sur le rôle de la gravité dans une théorie unifiée de la physique et est devenu un pionnier dans le domaine de la gravité quantique. Cela l’a conduit à collaborer avec Bryce DeWitt et à développer l’équation Wheeler-DeWitt ou, comme Wheeler préférait l’appeler, la « fonction d’onde de l’univers ». Parmi les autres produits de la façon colorée dont Wheeler manie les mots, citons l’expression « les trous noirs n’ont pas de cheveux » (pour décrire le fait que les trous noirs devraient avoir une forme parfaite, simplement définissable, et ne pas avoir de projections de toutes sortes à partir d’eux), « masse sans masse » (pour indiquer la nécessité de supprimer effectivement toute mention de la masse dans les équations de base de la physique), « it from bit » (pour décrire comment l’information est fondamentale pour la physique de l’univers, tout comme elle l’est en informatique) et « mousse quantique » (pour décrire un espace-temps transformé en une mousse de géométrie déformée).

En 1976, confronté à la retraite obligatoire à Princeton, Wheeler s’installe à l’université du Texas à Austin, où il occupe le poste de directeur du Centre de physique théorique de 1976 à 1986. C’est à cette époque (plus précisément en 1978) qu’il propose une variante de l’expérience des doubles fentes de Thomas Young (et de son perfectionnement ultérieur par Richard Feynman), souvent appelée expérience du « choix différé ». Selon lui, la détection d’un photon, même APRÈS son passage à travers une double fente, suffirait à modifier le résultat de l’expérience et le comportement du photon. Par conséquent, si les expérimentateurs savent par quelle fente il passe, le photon se comportera comme une particule, plutôt que comme une onde avec son comportement d’interférence associé. Cette hypothèse quelque peu contre-intuitive a finalement été vérifiée dans une expérience pratique en 2007.

Wheeler est retourné à Princeton en tant que professeur émérite en 1986, où il est resté pendant les vingt années suivantes. Sa phase dite « Everything Is Fields » (dans laquelle il considérait l’univers et toutes les particules qui le composent comme de simples manifestations des champs électriques, magnétiques et gravitationnels et de l’espace-temps lui-même) a fait place à une phase « Everything Is Information » (où il s’est concentré sur l’idée que la logique et l’information constituent le fondement de la théorie physique). Il a également commencé à spéculer sur le fait que les lois de la physique pourraient évoluer d’une manière analogue à l’évolution par sélection naturelle en biologie, et il a inventé le terme « principe anthropique participatif » pour décrire sa version du principe anthropique, selon lequel les observateurs (c’est-à-dire nous) sont nécessaires à la création de l’univers.

Wheeler a reçu de nombreuses distinctions au fil des ans, notamment la médaille nationale des sciences, le prix Albert Einstein, le prix Enrico Fermi, la médaille Franklin, la médaille d’or internationale Niels Bohr et le prix de la Wolf Foundation. Il a été président de l’American Physical Society et membre de l’American Philosophical Society, de la Royal Academy, de l’Accademia Nazionale dei Lincei, de la Royal Academy of Science et de la Century Association. Il a reçu des diplômes honorifiques de 18 institutions.

Wheeler est décédé d’une pneumonie le 13 avril 2008, à l’âge avancé de 96 ans, à Hightstown, dans le New Jersey.

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