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Stephen W. HAWKING
Le physicien thoricien et cosmologiste britannique Stephen Hawking a acquis une renomme mondiale pour ses travaux sur la nature de lespace et du temps, et comme auteur dUne brve histoire du temps, un ouvrage scientifique qui prit rang de best-seller. Luvre thorique de Hawking prend un relief dautant plus remarquable quune trs grave maladie invalidante le rend incapable de sexprimer oralement et quil possde seulement une capacit limite de mouvoir ses mains.
1.DOxford Cambridge
Hawking nat Oxford, le 8 janvier 1942, trois cents ans jour pour jour aprs la mort de Galile. Il dclare, propos de cette tonnante concidence: Jestime que deux cent mille bbs environ sont ns ce mme jour, et jignore si aucun dentre eux sest, depuis lors, intress la cosmologie. Le jeune Stephen frquente lcole primaire, o il napprend lire quassez lentement, et ne se rvle jamais un fort en thme. Son pre, un mdecin, souhaite quil tudie la mdecine lUniversit; de ce fait, Hawking nacquerra quun bagage mathmatique succinct lcole secondaire. Cependant, il montre beaucoup dintrt pour les sciences physiques, et il russit entrer luniversit dOxford pour tudier la physique, University College, partir de 1959.
Hawking dcrit Oxford en ce temps-l comme trs anti-travail vous tiez cens tre trs brillant et naccomplir aucun effort, ou prendre conscience de vos limites et nobtenir quun classement mdiocre aux examens finals. Hawking affirme navoir pas accompli plus de mille heures dtudes en trois ans Oxford, et il attribue ce fait un ennui absolu et au sentiment que rien ne justifiait un quelconque effort. En dpit de cette atmosphre, il obtient les plus hautes distinctions aux examens de sortie.
Cette lassitude, qui semblait si profondment enracine en lui Oxford, disparat brusquement ds son arrive luniversit de Cambridge, en 1962, o il prpare un doctorat en relativit gnrale. Cependant, il ressent les premires atteintes de la maladie: ses mouvements deviennent maladroits. On diagnostique une sclrose amyotrophique latrale, une affection incurable du systme nerveux central qui inhibe progressivement mais rapidement les fonctions motrices crbrales. La maladie commence par voluer trs vite, et Hawking pense quil ne vivra pas assez longtemps pour achever son travail doctoral. Mais, alors quil est sur le point dabandonner ses recherches, il tombe amoureux de Jane Wilde, qui va lui donner une raison de vivre. Ils se marient trs vite, en 1965, et Hawking retourne ses travaux avec un enthousiasme renouvel, en mme temps quil se met en qute dune situation.
2.Du big bang aux trous noirs
Ds le dbut, les recherches de Hawking sont centres sur les singularits dans lUnivers. Une singularit est un concept mathmatique qui peut tre visualis comme une rgion de lespace-temps qui a acquis une courbure si grande que les grandeurs physiques normales y sont infinies et que les lois ordinaires de la physique cessent dtre applicables. Lespace-temps est un rseau quatre dimensions qui est utilis en physique thorique pour reprer les vnements et dcrire leurs relations spatio-temporelles. Un exemple fameux de singularit est fourni par le big bang, qui donna naissance lUnivers en expansion que nous observons aujourdhui. Cest cette singularit initiale que Hawking consacre ses premiers travaux.
Lobservation des galaxies lointaines montre que lUnivers est en expansion, ce qui implique que les galaxies taient, dans le pass, plus proches les unes des autres. On peut alors se demander si, un moment donn, la matire qui les constitue tait rassemble en une singularit de densit infinie. La rponse cette question exige llaboration dun appareil mathmatique nouveau, que Stephen Hawking dveloppe avec Roger Penrose entre 1965 et 1970. Ils montrent que lUnivers est ncessairement pass par un stade de densit infinie: il sagit de la singularit du big bang, qui marque le commencement de notre Univers.
Dans les annes soixante-dix, Hawking se tourne vers ltude dun autre type de singularit: les toiles effondres. La thorie de la relativit gnrale prdit que, lorsquune toile a puis son combustible nuclaire, elle seffondre sous leffet de sa propre gravit.
Mais, si des toiles semblables notre Soleil peuvent aboutir au stade stable de naine blanche, Hawking montre que les toiles plus massives continuent de se contracter jusqu atteindre une densit infinie: cette singularit marque, pour lastre en son entier, la fin du temps. Le champ gravitationnel devient si fort que rien ne peut plus schapper de la singularit. Une telle rgion est appele un trou noir, et sa frontire constitue lhorizon des vnements.
Poursuivant ses recherches sur les trous noirs, Hawking montre que la superficie de la surface qui constitue lhorizon des vnements ne peut dcrotre dans le temps. Une nuit, il a lintuition que, si deux trous noirs entrent en collision, la superficie de lhorizon des vnements du nouveau trou noir ainsi form sera plus grande que la somme des superficies des horizons des trous noirs originels: Jtais tellement boulevers par cette dcouverte que je ne pus retrouver le sommeil de toute la nuit, se souvient-il.
3.Les trous noirs ne sont pas noirs!
Entre 1970 et 1974, Hawking poursuit ses recherches sur les trous noirs avec plusieurs collaborateurs. Avec Brandon Carter et Werner Israel, il dmontre le thorme connu humoristiquement sous la formulation: un trou noir na pas de poils. Cela signifie que les seules proprits qui sont conserves lorsque de la matire est absorbe par un trou noir sont la masse, le moment angulaire et la charge lectrique: toutes les autres proprits (ainsi, la forme, la composition chimique, le fait mme que lon ait affaire de la matire ou de lantimatire...) sont dtruites.
En 1974, Hawking nonce la conjecture tonnante que les trous noirs ne sont pas rellement noirs! En appliquant les lois de la thorie quantique un trou noir, il montre que, au niveau quantique cest--dire lchelle la plus petite de la ralit physique , des particules et du rayonnement svaporent du trou noir. Il sagit l dune consquence du principe dincertitude de Heisenberg, qui conduit la cration fugace de particules virtuelles au voisinage de lhorizon des vnements. Le rayonnement des trous noirs ainsi que leur ventuelle vaporation sont connus sous le nom deffet Hawking. En dfinitive, le trou noir explose dans une gerbe de rayonnement.
4.La thorie du tout
Depuis une vingtaine dannes, Stephen Hawking a presque exclusivement travaill sur une thorie du tout. Il existe en physique quatre interactions fondamentales: la gravitation qui est dcrite par la relativit gnrale , la force lectromagntique et les forces nuclaires forte et faible. Les physiciens ont dj russi laborer une thorie unique qui unifie llectromagntisme et les forces nuclaires forte et faible. Dans lUnivers primordial, jusqu un ge de un millionime de millionime de seconde (1012 seconde), ces trois interactions taient unifies en une seule force quantique. Il sagit maintenant de trouver une thorie physique cohrente qui unifie la relativit gnrale et les lois quantiques. On aboutirait alors une thorie complte de la gravitation quantique. Cette thorie physique unique rendrait compte de la gravitation, de llectromagntisme et des forces nuclaires. De plus, des constantes physiques comme la clrit de la lumire ou la valeur de la constante de la gravitation universelle pourraient tre calcules partir des principes fondamentaux, alors que, jusqu prsent, elles ne sont connues que par lobservation et la mesure.
Les recherches sur la gravitation quantique ont conduit Hawking pratiquement au commencement du temps. Il est dj acquis que la thorie de la gravitation quantique fournit les lois qui gouvernrent lUnivers entre le temps zro et le temps 1043 seconde (aprs le big bang). Dans cet intervalle, toutes les proprits fondamentales de lespace-temps, la nature de lUnivers ainsi que celle des lois physiques sont dfinies.
Une consquence de ces recherches est la proposition, formule par Hawking et James Hartle (de luniversit de Californie, Santa Barbara), que lespace et le temps sont tous les deux dextension finie, mais sans frontire ni borne. Dans un monde trois dimensions, nous sommes familiariss avec le fait que la surface de la Terre, qui est finie, na pas de frontire. Dans lespace-temps compact quatre dimensions de lUnivers primordial, la distinction entre lespace et le temps est indcise, floue, et il nexiste aucune frontire. Daprs Hawking, cela signifie que lUnivers peut tre dcrit par un modle mathmatique qui est compltement dtermin par les seules lois de la physique. Nous ne connaissons pas encore de manire prcise la forme des lois qui gouvernent le comportement de lUnivers sous des conditions extrmes. Mais Hawking et son cole esprent pouvoir les formuler avant la fin du XXe sicle.
Si une thorie unique apparat, nous permettra-t-elle de tout prdire dans lUnivers, ce qui dterminerait la fin de la physique thorique? Hawking rpond cette question par la ngative. Notre pouvoir de prdiction demeurera trs limit, dune part, par le principe dincertitude (qui nonce que certaines grandeurs ne peuvent tre dtermines exactement), dautre part, cause de la complexit des quations, qui les rend impossibles rsoudre, sauf dans les cas les plus simples. Nous sommes encore trs loigns de lomniscience.
5.La lutte contre linfirmit
Stephen Hawking exerce une influence profonde sur tous ceux qui travaillent avec lui. Ce fut pour lui un choc immense dapprendre quil souffrait dune affection du systme nerveux central. Jusquen 1974, il tait encore capable de salimenter; son pouse soccupait du foyer et levait leurs deux premiers enfants (ils en ont actuellement trois) sans aucune aide. Ensuite, jusquen 1980, un ou plusieurs de ses tudiants vinrent vivre avec eux pour les aider, mais, aprs 1980, il devint ncessaire de faire appel une garde-malade professionnelle. En 1985, la suite dune pneumonie, on dut pratiquer une trachotomie pour le sauver. Cette opration lui ta lusage de la parole. Il est aujourdhui assist vingt-quatre heures sur vingt-quatre, cette assistance tant rmunre grce des subsides en provenance de plusieurs fondations; grce cette aide, il peut encore voyager et assister des congrs scientifiques.
Hawking communique prsent laide dun ordinateur install sur son fauteuil roulant. En utilisant les mouvements de faible amplitude que peuvent encore accomplir ses mains, il manipule une sorte de souris qui lui permet de dplacer un curseur sur un cran. Des menus en cascade lui permettent de slectionner des mots et dafficher une phrase la vitesse de quinze mots environ par minute. Le texte est traduit par un synthtiseur vocal qui donne lapparence dun langage parl avec un fort accent amricain!
Hawking utilise le mme ordinateur en traitement de texte, pour crire des livres et, mme, les formules mathmatiques complexes de ses articles scientifiques. Il peut galement donner des coups de fil grce une liaison entre le processeur vocal et un tlphone portable. Hawking, soulignons-le, est lorigine damliorations importantes des systmes de communication des handicaps. Il mne inlassablement des campagnes en vue de faciliter la vie courante des handicaps et a ouvertement critiqu luniversit de Cambridge, laquelle il reproche de navoir pas mis en place les installations adquates pour les personnes en fauteuil roulant.
Hawking considre quil est ce point de son devoir de mener, autant que faire se peut, une vie normale quil a rcemment fait campagne, dans des spots tlviss, en faveur dun parti politique et quil est apparu jouant aux checs contre Einstein dans un film de science-fiction.
Son livre si populaire sur la cosmologie, Une brve histoire du temps, fit sensation parmi les diteurs. Au Royaume-Uni, il tint pendant trois ans le rang de best-seller des ouvrages de non-fiction. Ce succs, un excellent exemple de lintrt du grand public pour la science, est d la rencontre du savoir-faire en matire de marketing de lditeur new-yorkais Bantam Press et du caractre unique du destin de Hawking luttant contre ladversit avec une volont extraordinaire. Stephen Hawking, pour toutes ces raisons, est lun des plus remarquables physiciens de notre temps.
 
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