Hommages tardifs à Stephen Hawking

Le célèbre physicien britannique…

Notez que pour une fois, le « Tsar de toutes les Russies-éternelles », qui se fait  réélire aujourd’hui, n’y est probablement pour rien. Pas plus que pour le décès anticipé de JCD, dit Capitaine Haddock, dont j’ai appris le décès hier, chez lui, entouré de ses proches : J’y reviendrai naturellement, mais ultérieurement, le temps de digérer l'information.

Pour le Tsar de toutes les Russies, nous y reviendront également, car, dans un autre registre, s’il sait flatter le rêve-russe d’une revanche historique sur le dos des « prématurément-prédécédés » réfugiés en UK, Stephen, du fond de son fauteuil – quatre décennies à survivre à la « maladie de Charcot », contre tous pronostics – n’était probablement pas dangereux ni utile à la mégalomanie d’un « pouvoir-mafieux ».

Et dangereux.

J’avais lu – en format poche – sa « Brève histoire du temps », un bouquin qui aura cramé à Venise dans les décombres de l’attentat dont j’ai été victime il y a plus d’un an… Un « truc » absolument passionnant, pas totalement dénué d’intérêt ni de bon sens. Qui ouvrait des perspectives extraordinaires, même pour un esprit obtus comme le mien, même s’il était profondément athée.

Et on comprend pourquoi par la bande…

En fait, il était d’abord « cosmologiste », qui aura travaillé à la description de l’univers et de son histoire dans le cadre de la théorie de la Relativité générale. Ses travaux, qui concernent également les trous noirs, mais initialement ont porté sur la fameuse singularité cosmologique du Big-Bang.

Moi j’adore quand on me raconte de belles histoires…

En extrêmement simplifié, ça tient en cinq contributions majeures :

– Au commencement Stephen Hawking réfléchit, un soir de novembre 1970 alors qu’il va se coucher, à la façon de décrire un trou noir. « Mon invalidité rend cette opération très longue, aussi avais-je le temps de réfléchir » raconte-t-il dans sa « Brève histoire du temps ». Il s’attarde sur les phénomènes se déroulant sur l’horizon, cette limite immatérielle marquant en quelque sorte la frontière du trou noir. Et il aboutit à une curieuse conclusion : « Si deux trous noirs se heurtaient avant de se fondre pour n’en former plus qu’un, la surface de l’horizon du trou noir final serait supérieure à la somme des surfaces des trous noirs originaux. Cette propriété de non-croissance limite considérablement le comportement possible d’un trou noir. Je fus si excité par ma découverte que je ne dormis guère cette nuit-là. Le lendemain, j’appelais Roger Penrose. »

Et c’est un raisonnement assez logique : Si la surface d’un trou noir ne peut que croître, ce comportement évoque une quantité physique qui se comporte de la même manière, l’entropie.

Elle décrit le désordre d’un système et le second principe de la thermodynamique affirme qu’elle ne peut que croître dans un système isolé.

Mais le rapprochement semblait initialement problématique. Si un trou noir se trouve entouré de gaz qu’il avale en partie, il absorbe du même coup l’entropie du gaz.

Or, le second principe de la thermodynamique implique que l’entropie totale de l’ensemble gaz-trou noir ne peut diminuer. Il n’est pas violé que si la surface de l’horizon des événements est bien une mesure de l’entropie du trou noir. Alors, en effet, elle augmente avec l’absorption de ce gaz.

Logique…

Mais, un système physique qui a de l’entropie a aussi une température et ce qui a une température émet forcément un rayonnement.

Or, à cette époque-là, les trous noirs ne sont pas censés émettre quoi que ce soit, leur propre masse absorbant absolument tout dès « l’horizon » du trou noir franchi : Matière certes, mais toute autre forme d’énergie rayonnement ou quoique ce soit d’autre, puisque la force de gravité est supérieure jusqu’à ce que même la lumière s’y engouffre.

D’où le nom de « trou noir ».

Pas de discussion là-dessus : Les équations de la physique relativiste sont claires, comme celle de la « physique-banale », celle de tous les jours…

– Ceci raisonné, il lui faut alors confirmer par une démonstration, à savoir que finalement, à sa grand surprise et celle d’un grand nombre de ses confrères, que les trous noirs doivent bel et bien rayonner.

Cette prédiction de « l’évaporation » des trous noirs est une découverte faite par le calcul par Stephen Hawking en 1974.

Il montre surtout que si un trou noir émet un rayonnement, il doit adopter le spectre du rayonnement d’un corps chaud particulier que l’on appelle un « corps noir », avec une température ne dépendant que de sa masse. Et c’est précisément ce qu’il fallait pour assurer l’existence de l’entropie d’un trou noir.

Et il trouve cette explication dans la physique quantique : Les fluctuations quantiques du vide créent des paires de particule-antiparticule virtuelles qui ne vivent que très peu de temps avant de s’annihiler mutuellement sans quoi elles violeraient le principe de conservation de l’énergie.

Par conséquent, tout près de l’horizon d’un trou noir, juste son extérieur, les paires de particules peuvent être séparées par des forces de marée qui fournissent de l’énergie et rendent ces particules réelles, autant que celles qui nous entourent. Lorsque l’une d’elles passe l’horizon, pour un observateur extérieur, elle se comporte comme une particule d’énergie négative, tandis que l’autre a une énergie positive.

Le même observateur extérieur voit donc de l’énergie émise par le trou noir sous forme de particules (de matière ou d’antimatière), lequel absorbe en permanence un flux d’énergie négative, ce qui, d’après la célébrissime formule E=mc², correspond à une perte de masse.

Donc, un trou noir « s’évapore », annonce-t-il. Lentement mais sûrement.

– Mais ce n’est pas si simple. Tout ce qui tombe dans un trou noir disparaît à jamais. Ou plus exactement, le trou noir semble ne retenir des caractéristiques de cette matière que sa masse, son moment cinétique et ses charges électriques et magnétiques. Plus aucune formes ni de structures : Une planète entière avec tout ce qu’elle portait serait réduite à une collection d’objets décrits par ces quatre nombres.

Autrement dit, tout le reste, toute l’information, qui était nécessaire pour décrire (ou représentée par) les océans, les plaques tectoniques, les organismes vivants, les bibliothèques ou les pages Web, ont disparu.

Impossible répond la physique quantique qui, pourtant, affirme que le rayonnement de corps noir émit par le trou noir ne doit pas coder de l’information, étant aussi désordonné que possible !

Notez que malgré de gros efforts, ce paradoxe n’est pas encore résolu.

– Oui mais parallèlement, entre 1965 et le début des années 1970, Roger Penrose s’attaquait à la question de savoir si la formation des trous noirs avec un horizon des évènements implique aussi qu’il s’y forme une singularité de l’espace-temps, avec une courbure et une densité infinie.

Sa réponse est positive et Stephen Hawking va étendre les travaux de Penrose, d’abord seul puis en sa compagnie, au cas du Big-Bang.

Là encore, les deux chercheurs aboutissent à la conclusion qu’une singularité est inévitable… seulement si la théorie de la relativité générale seule est employée pour décrire ces phénomènes, précisent-ils.

– Et en 1983, pour avancer, James Hartle et Stephen Hawking proposent une description quantique de l’univers tout près du Big-Bang dans laquelle le temps se comporte exactement comme n’importe qu’elle autre dimension d’espace.

Le temps ne serait apparu, si l’on peut dire, qu’après la fameuse « ère de Planck » relevant d’une théorie quantique de la gravitation.

L’espace-temps doit alors se décrire non pas uniquement par des nombres réels mais aussi par des nombres complexes au sens mathématique du terme (« I² = – 1 », ce qui n’existe pas, alors que « I³ » existe, la preuve vous lisez sa prose !…) le temps pouvant alors même être décrit uniquement par la partie imaginaire de ces nombres (« I », toujours au sens mathématique du terme).

Il n’y aurait plus alors de singularité !

Assez génial : Au moment du Big-Bang, le temps tel que nous le ressentons aujourd’hui n’existait donc pas et la question de l’avant-Big-Bang n’a dès lors plus aucun de sens.

Assez lumineux, finalement…

Quoique justement dans « l’ère de Planck », il n’y a même pas l’ombre du moindre photon possible.

De quoi vous « scotcher ».

Et Dieu là-dedans ? Bé il n’a aucune place. Il n’existe même pas et l’Univers n’en a pas plus besoin.

Encore un paradoxe resté irrésolu : Dans « l’ère de Planck », il y avait quelle que chose, de l’énergie en quantité assez fantastique pour évoluer dans trois dimensions jusqu’à des valeurs non pas « infinies » mais « universelles », puisque c’est à ce moment-là que s’est produite l’inflation cosmologique qui trainasse dans tous les télescopes du monde qui détectent jusqu’au rayonnement fossile partout où ils pointent leur focale, moment où la lumière fut (enfin).

Mais « avant », on n’en sait rien : On n’en saura probablement jamais rien de rien.

Justement « rien », ça n’existe pas en mécanique quantique : Même le vide le plus absolu n’est pas « rien ».

Peut-être que lui aura reçu une réponse là où son âme (si elle existe encore) erre désormais. Mais il en disait que l’homme n’est jamais qu’un animal doté d’un « gros ordinateur » qui lui permet d’explorer l’univers. « Quand un ordinateur tombe en panne, il n’existe plus ».

Aussi simple que ça…

Reste seulement sa carcasse.

Hommages mérités de la part d’un humble et toutes mes sincères condoléances pour la famille de Haddock, son épouse, ses enfants et petits-enfants.

Bonne fin de journée à toutes et à tous tout de même !

I³