In memoriam

Par Jean-Pierre Martin, président de la Commission de cosmologie de la SAF

Crédit: Andre Pattenden

Stephen Hawking est mort le 14 Mars 2018 à Cambridge à l’âge de 76 ans.

Il est né en 1942 à Oxford, poursuit ses études à Cambridge où il obtient la chaire de mathématiques, qui fut celle de Newton. On lui découvre très tôt, à 21 ans, une maladie dégénérative, la maladie de Charcot et on lui donne trois ans à vivre. Miracle, il va vivre 50 ans de plus, un corps prisonnier mais un cerveau libre.

Il va devenir une icône de la science moderne et apprécié par le public. Il met la cosmologie et ses problématiques à la portée du public avec différents ouvrages. Mais sa passion, ce sont les trous noirs. Un trou noir est une région de l’espace-temps d’où les photons ne peuvent sortir. La frontière (immatérielle) entre le trou noir et le reste de l’Univers est appelée horizon des évènements (event horizon en anglais). Un trou noir est un objet extrêmement simple et « lisse », ce que John Wheeler, fervent amateur d’expressions savoureuses, traduisit par : un trou noir n’a pas de cheveux ! (black holes have no hair !).

Mais les trous noirs, absorbant tout ce qui passe à leur portée, posent un problème : où passe l’information lorsqu’une particule tombe dans un trou noir ? Et notamment que se passe-t-il avec son entropie ? Le trou noir ne peut pas diminuer d’entropie, ce serait contre le second principe de la thermodynamique (l’entropie ne peut qu’augmenter). Alors ?

C’est là que notre ami Stephen intervient. En 1972, il montre d’abord que la surface délimitée par l’horizon du trou noir ne peut pas décroitre et que cette surface est une mesure de l’entropie du trou noir (avec l’aide de J. Bekenstein). Mais alors si le trou noir possède une entropie qui augmente (donc en accord avec le second principe) cela signifie qu’il possède une température et par conséquent qu’il rayonne de l’énergie. Mais rien ne peut sortir d’un trou noir ! Où est l’erreur ? Stephen Hawking nous indique en 1975 que les trous noirs ne sont pas complètement noirs, ils émettent un rayonnement (qui va s’appeler rayonnement de Hawking) correspondant à des températures très très faibles (de l’ordre de 10-8K). Il y a « évaporation » du trou noir. Ceci est rendu possible grâce aux fluctuations quantiques du vide. Le vide est un endroit qui est tout sauf vide! Il y a en permanence, création de paires particules/antiparticules. Elles vont se recombiner et se créer en permanence.

Illustration : Le diagramme ci-contre (tiré de la présentation d’A. Perez) illustre une explication de l’effet Hawking. Il se crée en permanence des paires particule/antiparticule qui s’annihilent au bout d’un temps très court : des fluctuations quantiques du vide. Il est illustré sur le schéma par les flèches oranges. Il est possible qu’une paire particule/antiparticule se forme de part et d’autre de l’horizon d’un trou noir (en gris) ; il est donc possible qu’une des particules puisse échapper au champ gravitationnel tandis que l’autre reste prisonnière (flèches bleues).

Mais il existe une question fondamentale liée à ce phénomène d’évaporation ; que devient l’information ? D’après les dernières théories, l’information ne serait pas perdue mais non accessible ! Elle pourrait être sous forme d’un hologramme (surface de n dimensions stockant des informations de données de n+1 dimensions)   situé sur la surface du trou noir ! Au début, Hawking pensait que l’information disparaissait à jamais, violant ainsi toutes les lois physiques, mais récemment il admit qu’il s’était trompé, l’information devait être conservée ; même de façon aussi complexe qu’un hologramme. Il n’a pas réussi à mettre au point une théorie du Tout c’est-à-dire à combiner la Relativité Générale et la Mécanique Quantique. Signalons qu’une de ses grandes idées était la conquête du système solaire pour sauver l’humanité !

Nous l’avions vu en 2006 à la BNF lorsqu’il avait participé à un séminaire de cosmologie et où il donna une conférence. En voici quelques photos :

Godspeed Stephen !


Pour aller plus loin :

Hubert Reeves s’exprime sur la mort de SH

Qu’est ce que la maladie de Charcot par Le Monde

La longévité de Stephen Hawking, un mystère pour la science par Sciences et Avenir

Le rayonnement de Hawking : CR de la conférence SAF (Cosmologie) de J. Fric du 13 Mai 2017

Trous Noirs et Grav Quant à boucles : CR conférence SAF avec Al. Perez du 11 Mai 2016