Biographie

Stephen Hawking est né le 8 Janvier 1942 à Oxford. Il fait ses études supérieures à l’université d’Oxford où il étudie la physique (il aurait cependant préféré étudier les mathématiques mais cette matière n’y est pas enseignée). Il en sort avec les honneurs. Mais c’est à l’université de Cambridge qu’il travaille vraiment sur ce qu’il aime : il fait des études en cosmologie (directeur de thèse Denis Sciama) et débute son doctorat sur la relativité générale. Au même moment sa maladie, la maladie de Charcot, se déclare : les médecins ne lui donnent pas plus de deux ans à vivre (ce qui signifie qu’il n’aurait même pas eu le temps de finir son doctorat de physique). Il a alors vingt et un ans. Ne se laissant pas décourager, il continue ses recherches (notamment avec Roger Penrose) qui le mènent à développer des théories comme celle qui affirme que l’espace et le temps ont un commencement dans le Big-Bang et une fin dans les trous noirs. (Il s’intéressera aussi sur la possibilité de voyager dans le temps et sur l’existence d’univers multiples).  Sa maladie ne l’emporte finalement pas et il peut donc continuer ses recherches malgré son handicap lourd. En 1985, suite à une pneumonie et à une opération qui permis de le sauver de la mort (ouverture dans la face antérieure de la tranchée et placement d’une petite canule) il perd l’usage de la parole (sachant bien qu’il n’arrivait déjà pas à parler beaucoup et encore moins à se faire comprendre).

Son succès en tant que chercheur n’est pas du seulement à ses découvertes mais aussi à sa recherche de vulgarisation. Un de ses livres "Une brève histoire du temps" est l’un des grands succès de la littérature scientifique (dixit Hawking : « chaque formule réduit de moitié le nombre de lecteurs »)

Depuis 1979 il occupait le poste de « Lucasian profesor of mathematics » et s’occupait encore des thèses de certains étudiants, communiquant grâce à un ordinateur. Il restait très modeste de peur de se distinguer de ses collègues. De plus il désirait poursuivre ses recherches par curiosité personnelle, loin de toute publicité. Il combinait une vie de famille (il a trois enfants et un petit enfant), ses recherches en physique théorique et un programme chargé de voyages et de conférences.

Cependant sa théorie du Big Bang longtemps approuvée par la communauté scientifique est maintenant remise en cause par diverses théories (dont celle des cordes). Il a de plus démenti lui-même sa théorie selon laquelle aucune information ne sortirait d’un trou noir.

Résumé succinct de ses recherches

La radiation Hawking
Au milieu des années 1960, alors qu'il poursuit ses études de physicien en vue d'obtenir son doctorat, 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, le rayonnement Hawking. La réaction initiale de la communauté scientifique ne fut pas très positive.
La radiation Hawking correspondant à un rayonnement de corps noir, est émise dans toutes les directions et conduit à deux conclusions :
ß d'une part, ce rayonnement renverse la définition même du trou noir puisque dans ce cas-ci, il libère des particules dans l'espace ;
ß d'autre part, ce phénomène conduit finalement à son évaporation quantique et sa disparition dans un intense flash d'énergie pure.

Les mini-trous noirs
En 1971, Hawking avance l'hypothèse que le phénomène du Big Bang aurait dispersé dans l'espace des mini-trous noirs d’une masse d’environ 109 tonnes et de la taille d'un proton ainsi que des trous noirs plus massifs et 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.

L'entropie des trous noirs
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 évènements des trous noirs (la limite sous laquelle rien ne peut s'échapper) ne peut pas diminuer lorsqu'il attire de la matière. 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 fermé, l'entropie (son degré de désordre) ne peut pas décroître ». D'autres disent plus simplement que le chaos augmente. 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. 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 évènements représente la mesure de l'entropie du trou noir. Il s'ensuit un échange d'arguments par articles interposés jusqu'à ce que Hawking lui fasse remarquer que si un trou noir présente une entropie, il a donc aussi une température, et s'il a une température, il doit émettre un rayonnement, mais que par définition un trou noir n'émet rien, aucun rayonnement. C'est alors qu'Hawking va plus loin dans ses calculs et découvre qu'un trou noir peut finalement émettre un rayonnement de manière constante.

La perte d'information dans un trou noir
Si un trou noir est capable de rayonner, ce n'est pas pour autant que cette radiation contient une information sur le trou noir. La particule émise peut être quelconque tant que sa longueur d'onde est supérieure au quart de la circonférence du trou noir (celle de l'horizon des évènements). En fait, en absorbant tout jusqu'à la lumière, le trou noir devient une censure cosmique comme le disait Penrose, ne libérant aucune information sur ses propriétés. Du moins Hawking le pense-t-il à l'époque. Mais ceci n'étant qu'une solution théorique tirée de ses calculs, il fait le pari avec Kip Thorne contre John Preskill que les trous noirs constituent la phase terminale de l'univers et emprisonnent à jamais tout ce qui passe à leur proximité sans libérer la moindre information.

Nouvelle théorie sur les trous noirs
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 sa propre ancienne théorie, perdant ainsi un pari que lui et Kip Thorne avaient fait avec John Preskill, un physicien des particules. 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 17e Conférence internationale sur la relativité générale et la gravitation, le 21 juillet 2004 à Dublin, les trous noirs finissent par transmettre, de manière désordonnée, l'information de toute la matière qu'ils avalent.
Ayant conclu que l'information est conservée, Hawking concède qu'il a perdu son pari, cédant à Preskill son encyclopédie. Toutefois, Thorne reste dubitatif vis-à-vis de la démonstration de Hawking et refuse de contribuer à la récompense.
En juillet 2005 l'annonce de Hawking a donné lieu à une publication dans la revue Physical Review et largement débattue dans la communauté scientifique.

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MathieuJ

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