Big Bang, trous noirs : ce que Stephen Hawking a apporté à la science

Sans rivaliser avec le grand Albert Einstein, le physicien britannique a contribué de manière significative à notre vision actuelle de l'univers et de ses origines.

Stephen Hawking est l'un des plus grands physiciens de la deuxième moitié du XXe siècle. Sa contribution à notre compréhension de l'univers n'a rien de comparable à celle d'Albert Einstein (il le reconnaissait d'ailleurs bien volontiers lui-même), mais ses travaux sur les trous noirs ou sur le Big Bang ont sans conteste fait date en astrophysique.Le physicien britannique a en effet choisi, à contre-courant de son époque, très marquée par les développements de la mécanique quantique, de poursuivre les travaux de son illustre aîné sur la gravitation. Il a notamment travaillé avec le mathématicien, britannique lui aussi, Roger Penrose sur les implications mathématiques des équations de la relativité générale.

S'il n'est pas le premier à formuler l'idée que l'univers a connu une phase de croissance initiale très rapide à partir d'un état extrêmement dense et chaud (la théorie du Big Bang), il pousse néanmoins les équations d'Einstein dans ses retranchements en démontrant qu'elles prévoient l'existence dans le passé d'un point unique de densité infinie: ce qu'on appelle en physique «une singularité».

Contrairement à une idée commune répandue, cela ne veut pas dire que l'univers était tout entier concentré en un point, mais au contraire que les équations d'Einstein ont une limite au-delà de laquelle elles ne parviennent plus à rendre compte correctement du monde: une nouvelle physique est nécessaire. Sur le plan théorique, c'est un accomplissement majeur.

Une élégante équation

Stephen Hawking se penche alors sur d'autres «singularités» de la théorie de la relativité générale: les trous noirs. Ce sont des objets si denses (ou si massif) qu'ils piègent toute forme de matière ou d'énergie qui franchit une certaine limite, appelée «horizon». Même les grains de lumière, les photons, qui sont les objets les plus rapides de l'univers et dont la masse est nulle, ne parviennent à s'en échapper.

C'est en tout cas ce que l'on pense jusqu'à ce que Stephen Hawking se penche sur la question. En introduisant un peu de mécanique quantique, il découvre que les trous noirs ne sont pas si noirs… Pour des raisons complexes, ils rayonnent en effet très légèrement. Ils ont du coup également une température.

Cette découverte surprenante est le plus grand accomplissement de sa carrière. L'article paru dans Nature en 1974 lui aurait valu le prix Nobel… si elle avait pu être confirmée par des observations. Mais ce «rayonnement Hawking» est bien trop faible pour être détecté par les dispositifs actuels. C'est la première fois qu'un théoricien parvenait à réunir dans une même équation (très élégante) les paramètres fondamentaux de la relativité générale et ceux de la mécanique quantique.

Pour tous les curieux qui souhaiteraient en savoir plus, le magazine La Rechercheavait consacré un dossier spécial passionnant en 2013, diffusé gratuitement sur leur site internet à l'occasion du décès du physicien.

Comme la plupart des grands théoriciens, Stephen Hawking fit ses plus grandes contributions à sa discipline avant d'atteindre l'âge de quarante ans. Un phénomène plus lié au vieillissement cérébral normal qu'à sa maladie.