Sciences

Stephen Hawking

1942-01-08 -

Physicien théoricien et cosmologiste

Classé sous :physique , trou noir , Univers lointain

Découvertes

L'astéroïde (7672) Hawking a été nommé en son honneur.

Biographie

Stephen William Hawking, né le 8 janvier 1942 à Oxford, est un physicien théoricien et cosmologiste britannique bien connu pour ses travaux sur les trous noirs, la cosmologie quantique et ses livres de vulgarisation sur les mêmes sujets. C'est son best-seller Une brève histoire du temps (A Brief History of Time), qui est resté sur la liste des records des meilleures ventes du Sunday Times pendant 237 semaines consécutives, qui l'a fait connaître du grand public.

La renommée médiatique de Hawking vient aussi du fait qu'il a accompli ses travaux alors qu'il souffre d'une dystrophie neuromusculaire attribuée à une sclérose latérale amyotrophique (SLA). Cette terrible maladie, appelée familièrement aux États-Unis la maladie de Lou Gehrig et en France la maladie de Charcot, qui conduit à une paralysie complète et à la mort en quelques années en général, s'est déclaré chez lui peu de temps après ses 20 ans.

Stephen Hawking avec l'appareil lui permettant de communiquer avec un ordinateur. © DAMTP, University of Cambridge

Des singularités en cosmologie au rayonnement des trous noirs

Il était alors étudiant à Cambridge, où il avait l'intention d'approfondir la cosmologie avec Fred Hoyle, l'un des plus importants astrophysiciens des années 1950 et 1960 et coauteur du modèle standard en cosmologie de l'époque, avec un univers en expansion éternel et infini. À son grand désespoir (mais ce fut en réalité une chance comme Hawking le comprit rétrospectivement), il se vit attribuer comme directeur de thèse William Dennis Sciama, assez peu connu à ce moment-là. Stimulé par sa rencontre et son mariage avec Jane Wilde en 1965, et parce que sa maladie progressait moins vite que prévu, Hawking finira son doctorat en publiant à partir de 1966 des articles retentissants sur l'occurrence des singularités en cosmologie relativiste. Il y reprenait les méthodes géométriques du grand mathématicien Roger Penrose, que celui-ci avait utilisées initialement pour démontrer l'existence d'une singularité lors de la formation d'un trou noir en relativité générale classique.

Les travaux de Hawking arrivaient au moment où les découvertes des quasars et surtout du rayonnement fossile par Penzias et Wilson en 1965 venaient de réfuter la théorie de la cosmologie stationnaire de Hoyle, Hermann Bondi et Thomas Gold. La théorie du Big Bang de Georges Lemaître, Georges Gamow et Ralph Alpher allait enfin être prise au sérieux.

En utilisant les méthodes mathématiques de Penrose et en comprenant l'importance des idées de John Wheeler sur les trous noirs, les trous de vers et la cosmologie quantique, Hawking va marquer profondément la physique théorique et la cosmologie pendant les années 1970 et 1980. Influencé par les travaux de Bekenstein, Zel'dovich, Starobinsky et Linde, il se fera un nom en découvrant le rayonnement des trous noirs en 1974 et en développant plusieurs aspects importants de la théorie de l'inflation pendant les années 1980. Tous ces travaux le conduiront à développer un modèle cosmologique fascinant en 1983, universellement connu aujourd'hui sous le nom de modèle de Hartle-Hawking. Reprenant la méthode de calcul en théorie quantique dite de l'intégrale de chemin de Feynman, dont il avait pu constater l'efficacité dans ses recherches sur l'entropie et le rayonnement des trous noirs, Hawking proposait avec Hartle un modèle cosmologique fini dans l'espace et caractérisé par l'apparition du temps imaginaire au moment où l'univers était dominé par les effets de la gravitation quantique, c'est-à-dire avant le temps de Planck.

De l'entropie des trous noirs au boson de Higgs

On mesure toute la détermination et les capacités intellectuelles de Stephen Hawking quand on sait que ces travaux furent réalisés en 1974, alors qu'en raison de la paralysie causée par la SLA, il était devenu incapable de se nourrir ou de sortir de son lit par lui-même et que son état n'allait cesser de s'aggraver. Son élocution, déjà fortement altérée par sa maladie, de sorte que seules les personnes le connaissant bien pouvaient encore le comprendre, laissa la place à une incapacité totale de parler en 1985. Il avait alors contracté une pneumonie, et les médecins avaient dû lui faire subir une trachéotomie pour sauver sa vie. Depuis la fin des années 1980, il doit utiliser un ordinateur pour parler.

À la fin des années 1990 et au début des années 2000, Hawking est devenu un partisan convaincu de la théorie des supercordes, et notamment de la théorie M, parce qu'elle permet de mieux comprendre l'origine de l'entropie des trous noirs. Il publiera d'ailleurs un nouveau livre de vulgarisation sur ces sujets en 2001, L'univers dans une coquille de noix. Le livre vulgarise des théories comme la supergravité, la supersymétrie et la théorie quantique à la base de la théorie M, l'holographie et la dualité des p-branes contenues dans la théorie des supercordes et leurs implications sur les trous noirs et l'existence d'univers multiples. Sur le plan scientifique, la théorie M a convaincu Hawking qu'il avait perdu son pari sur le célèbre et profond paradoxe de l’information, qu'il avait été le premier à signaler avec les trous noirs. Il a concédé en 2004 à John Preskill que l'information n'était pas détruite dans les trous noirs. En 2012, il a aussi concédé à Gordon Kane que le boson de Higgs existait bel et bien.

Stephen Hawking en visite voilà quelques années au LHC. L'accélérateur lui a fait perdre 100 dollars à la suite d'un pari sur la découverte d’une nouvelle particule avec le LHC. © Cern

Destination l'espace pour Stephen Hawking

En 2009, Hawking a quitté la prestigieuse Lucasian Chair of Mathematics à l'université de Cambridge, comme il était prévu à cause de la limite d'âge. Elle a été occupée par de grands noms de la physique, parmi lesquels ceux dont les théories ont bouleversé profondément notre vision du monde : Isaac Newton et Paul Dirac. Actuellement, c'est Michael Green qui en est le titulaire.

Stephen Hawking aurait logiquement eu le prix Nobel de physique si l'on avait détecté des trous noirs en train de s'évaporer, par exemple au LHC. Toutefois, il a reçu trois millions de dollars en 2012 en tant que lauréat du prix spécial de la Fundamental Physics Prize Foundation. Il espère toujours faire un vol dans l'espace, alors qu'il a déjà effectué un vol en apesanteur en 2007 grâce à la société Zero-G, fondée par Peter Diamandis.