STEPHEN HAWKING est décédé pendant la journée de PI

Stephen William Hawking est né le 8 janvier 1942 à Oxford est s'en est allé le 14 Mars 2018 à Cambridge.  Il meurt ainsi durant la journée de pi et le jour anniversaire de la naissance de son pair Albert Einstein. 

Physicien théoricien et cosmologiste britannique, il enseigne les mathématiques, sa passion de toujours, à l’université de Cambridge de 1980 à 2009. Mais, c'est son intérêt toujours plus grandissant, des trous noirs et de la gravite quantique qui le fera connaitre du grand public.  Membre du Gonville and Caius College et chercheur distingué du Perimeter Institute for Theoretical Physics, Stephen Hawking c'est aussi la vulgarisation scientifique de ses propres théories sur la cosmologie en général. 

La clé des principaux travaux scientifiques de Stephen Hawking à ce jour est fondée, en collaboration avec Roger Penrose, sur l'élaboration des théorèmes des singularités dans le cadre de la relativité générale, et la prédiction théorique que les trous noirs devraient émettre des radiations, aujourd'hui connues sous le nom de radiations de Hawking (ou parfois radiations de Bekenstein-Hawking). 

C'est un physicien théoricien de renommée mondiale dont la carrière scientifique s'étend sur plus de 40 ans. Ses livres et ses apparitions publiques ont fait de lui une célébrité mondiale. Il est membre honoraire de la Royal Society of Arts et membre à vie de l'Académie pontificale des sciences.

STEPHEN HAWKING, SES ETUDES

S.Hawking a toujours été intéressé par la science. Il s'inscrit à l'université d'Oxford, avec l'intention d'étudier les mathématiques, bien que son père (Il est le fils du Dr Frank Hawking (1905-1986), un chercheur biologiste, et d'Isobel Hawking (1915-2013), une militante politique.) eût préféré qu'il aille en médecine. Étant donné que les mathématiques n'étaient pas proposées, Hawking choisit alors la physique. Ses intérêts au cours de cette période sont la thermodynamique, la relativité et la mécanique quantique.  

Son professeur de physique, Robert Berman, déclara plus tard dans le New York Times Magazine :

« Il est uniquement nécessaire pour lui de savoir que quelque chose peut être fait, et il peut alors le faire sans chercher à voir comment d'autres personnes l'ont fait. […] Il n'a pas eu un grand nombre de livres, et il n'a pas pris de notes. Bien entendu, son esprit est complètement différent de ceux de ses contemporains. »

Hawking arriva alors à un examen final d'évaluation à la frontière entre les première et seconde classes d'honneur, un examen oral. Berman a dit de l'examen oral :

« Les examinateurs ont été assez intelligents pour réaliser qu'ils parlaient à quelqu'un de plus intelligent que la plupart d'entre eux. »

Après avoir obtenu son diplôme B.A. à Oxford en 1962, il y reste pour étudier l'astronomie. Il décide cependant d'arrêter étant plus intéressé par la théorie que l'étude des taches solaires. Il quitte Oxford, avec les honneurs, pour Trinity Hall où il participe à l'étude de l'astronomie théorique et la cosmologie théorique. Au cours de ses deux premières années à Cambridge, il ne se distingue pas.  

Il révèle alors qu'il ne voyait pas beaucoup l'intérêt d'obtenir un doctorat s'il devait mourir bientôt (Maladie de Charcot). Mais, après avoir obtenu son doctorat, Stephen est devenu chercheur à Gonville and Caius College de Cambridge. L'étude des singularités, concept physique et astronomique récent, permet au chercheur de développer différentes  théories, qui le mèneront plus tard du Big Bang aux trous noirs. 

STEPHEN HAWKING, SES PRINCIPAUX TRAVAUX

En premier lieu, Roger Penrose et Stephen Hawking construisent la structure mathématique répondant à la question d'une singularité comme origine de l'Univers. 

• 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 ont créé à partir de la théorie d'Albert Einstein sur la relativité générale.  Ce travail a montré que, loin d'être une curiosité mathématique qui ne figure que dans des cas particuliers, les singularités sont assez génériques dans la relativité générale.
• Dans les années 1970, cela a conduit Hawking en premier a construire de nombreux théorèmes sur les singularités, tels les théorèmes capables de fournir un ensemble de conditions suffisantes à l'existence d'une singularité dans l'espace-temps. 
• A  partir des années 1970, Hawking approfondit ses recherches sur les densités infinies locales, et ses études sur les trous noirs ont fait progresser bien d'autres domaines.

La théorie du tout, visant à unifier les quatre forces physiques, est au centre des recherches actuelles de Hawking. Le but est de démontrer que l'Univers peut être décrit par un modèle mathématique stable, déterminé par les lois physiques connues, en vertu du principe de croissance finie mais non bornée, modèle auquel Hawking a donné beaucoup de crédit. 

LE RAYONNEMENT DE HAWKING

Au milieu des années 1960, alors qu'il poursuit ses études de physicien en vue d'obtenir son doctorat, Stephen Hawking démontre que la théorie de la relativité générale d'Einstein implique que l'espace et le temps ont eu un commencement (le Big Bang) et une fin (les trous noirs). Ces conclusions le conduisent à découvrir dès 1963 que les trous noirs ne seraient pas si noirs que cela, mais qu'ils seraient capables d'émettre un rayonnement, depuis lors appelé le rayonnement de Hawking. La réaction initiale de la communauté scientifique ne fut pas très positive. Le rayonnement de Hawking correspond à un rayonnement de corps noir. Il est émis dans toutes les directions et conduit à deux conclusions :

1. d'une part, ce rayonnement renverse la définition même du trou noir puisque, dans ce cas-ci, il libère des particules dans l'espace.
2. d'autre part, ce phénomène conduit finalement à son évaporation quantique et sa disparition dans un intense flash d'énergie pure.

LES TROUS NOIRS DE STEPHEN.H

En 1971, Hawking avance l'hypothèse que le phénomène du Big Bang aurait dispersé dans l'espace des micro trous noirs. D’une masse d’environ 109 tonnes et de la taille d'un proton ainsi, que des trous noirs plus massifs, allant même, de la taille d'une montagne. Des trous noirs aussi massifs que dix millions de masses solaires pourraient également résider au centre des galaxies. Ce qui expliquerait l'intense énergie émise par les radiogalaxies et les quasars.  

Mais à force de calculs, il découvre également qu'en appliquant les lois de la physique quantique à la cosmologie, il peut déterminer la dimension des singularités. Ces « points de densité et de courbure d'espace-temps infinis » prédits par la relativité générale et que l'on ne peut pas traiter mathématiquement. Il réalise que l'horizon des événements des trous noirs (la limite sous laquelle rien ne peut s'échapper) ne peut pas diminuer lorsqu'il attire de la matière.  

Dans une singularité, le système thermodynamique est totalement désordonné car le tenseur de Weyl est dominant, il tend même vers l’infini, ce qui permet à Hawking de conclure que son entropie est maximale. 

«  Si on prend une analogie avec la thermodynamique dit-il, c'est exactement ce que dit la deuxième loi de la thermodynamique : « dans un système isolé, l'entropie (son degré de désordre) ne peut pas décroître ». D'autres disent plus simplement que le chaos augmente. » 

Mais son confrère, Jacob Bekenstein de l'université de Princeton lui répond qu'il ne s'agit pas seulement d'une analogie. L'horizon des événements représente la mesure de l'entropie du trou noir.  C'est alors que Hawking va plus loin dans ses calculs et découvre qu'un trou noir peut finalement émettre un rayonnement de manière constante. 

STEPHEN HAWKING, SES REMISES EN QUESTION SCIENTIFIQUE

Stephen Hawking est sur le devant de la scène en juillet 2004 en présentant une nouvelle théorie sur les trous noirs qui va à l'encontre de son ancienne théorie. Classiquement, on peut montrer que l'information qui passe par l’horizon d'un trou noir est perdue pour notre univers. Ce fait est connu sous le nom de théorème de calvitie. 

Le problème avec ce théorème est qu'il implique que le trou noir émet les mêmes radiations quel que soit ce qui y rentre. Ainsi, si un état pur quantique est jeté dans un trou noir, un état mélangé en ressortira. Ceci va à l'encontre des règles de la mécanique quantique et est connu sous le nom de paradoxe de l'information perdue des trous noirs. Hawking avait auparavant spéculé que la singularité au centre du trou noir pouvait former un pont vers un « bébé univers » dans lequel l'information perdue pouvait passer.

De telles théories sont très populaires dans la science-fiction. Mais d'après la nouvelle idée de Hawking, présentée à la 17ème Conférence internationale sur la relativité générale et la gravitation, le 21 juillet 2004 à Dublin, en Allemagne. Les trous noirs finissent par transmettre, de manière désordonnée, l'information de toute la matière qu'ils avalent.  Annonce qui a donné lieu à une publication dans la revue Physical Review et largement débattue dans la communauté scientifique. 

En 2014 Stephen Hawking déclare à la revue Nature, après sa conférence à l’Institut Kavli pour la physique théorique à Santa Barbara en Californie :

« Il n’y a pas de trou noir… le concept de trou noir est incompatible avec la physique quantique. »

« On ne peut rendre compte parfaitement de ces astres curieux tant que nous n’avons pas élaboré une théorie de la gravité unifiée, capable de concilier les lois de la physique quantique des échelles subatomiques avec la relativité générale qui rend compte de l’astronomie. »

Actuellement, deux théories sont en confrontation : la théorie des cordes et celle des boucles.

LES MEMOIRES DE HAWKING

• Une brève histoire du temps Du big bang aux trous noirs (A Brief History of Time. From Big Bang to Black Holes, 1988)
• Trous noirs et bébés univers et autres essais (Black Holes and Baby Universes and Other Essays, 1995)
• L'Univers dans une coquille de noix (The Universe in a Nutshell, 2001)
• Sur les épaules des géants : Les plus grands textes de physique et d’astronomie (On The Shoulders of Giants. The Great Works of Physics and Astronomy, 2003)
• Une belle histoire du temps (A briefer history of time, 2005)
• Et Dieu créa les nombres, les plus grands textes de mathématiques réunis et commentés par l'auteur (traduit de : « God Created the Integers : The Mathematical Breakthroughs That Changed History », Running Press, 2005), Dunod, 2006
• Y a-t-il un grand architecte dans l'univers ? (The Grand Design), en collaboration avec Leonard Mlodinow (Odile Jacob, 2011)
• La Brève Histoire de ma vie (My Brief History, 2013)
• Dernières nouvelles des trous noirs (Black Holes : The Reith Lectures, 2016)

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