Les idées clés

Une brève histoire du temps. Du big bang aux trous noirs

Stephen Hawking, 1988

L'Univers a-t-il eu un commencement ? Que se passe-t-il au bord d'un trou noir ? Pourquoi nous souvenons-nous du passé, mais pas de l'avenir ? Stephen Hawking a tenté de répondre à ces questions presque sans formules et de rassembler les réponses en une seule image du monde. Tu trouveras ici ses principales expériences de pensée et une frontière honnête entre l'observation et l'hypothèse.

Pour qui

Pour tous ceux qui ont déjà regardé un ciel étoilé en se demandant d'où tout cela vient, même si la physique du lycée est oubliée depuis longtemps.

La plupart des gens trouveraient assez ridicule l'image d'un Univers qui serait une tour infinie de tortues. Mais pourquoi pensons-nous en savoir davantage ?

De quoi parle le livre

Le livre commence par une anecdote. Après une conférence sur la structure de l'Univers, une vieille dame dans la salle déclare au savant que tout cela n'est que sornettes : le monde est une assiette plate posée sur le dos d'une tortue géante. « Et sur quoi repose la tortue ? » « Sur une autre tortue. Et ainsi de suite, jusqu'en bas. »

Stephen Hawking pose une question gênante : en quoi nos théories valent-elles mieux que les tortues ? D'où vient l'Univers, a-t-il eu un commencement, pourquoi le temps ne va-t-il que vers l'avant ?

Le physicien de Cambridge a essayé d'en parler sans formules. On lui avait dit que chaque formule diviserait par deux le nombre de lecteurs, et il n'en a gardé qu'une : E = mc².

Le livre est construit comme une seule enquête. Encore et encore, Hawking cherche l'endroit où l'image habituelle de l'Univers cesse de fonctionner : tout au début, à l'intérieur d'un trou noir, dans la direction du temps. Et chaque fois, il se demande quel modèle se révélera le plus complet. Toutes les pistes mènent au même point, et à la fin, on verra lequel. En chemin, il importe de distinguer ce qu'on observe, ce qui découle de la théorie et ce qui reste une hypothèse de Hawking.

Idée 1. Une théorie est un modèle dans notre tête

Hawking part d'une idée simple : une théorie est un modèle de l'Univers que nous construisons dans notre tête. Un bon modèle décrit beaucoup d'observations à l'aide de peu de règles et fait des prédictions que l'on peut vérifier.

D'où un retournement. On ne peut jamais prouver une théorie définitivement : quel que soit le nombre d'expériences qui la confirment, la suivante peut la réfuter. C'est ainsi que la théorie de Newton a fonctionné pendant des siècles, jusqu'à ce que des observations précises exigent la théorie d'Einstein.

Vient ensuite le nœud de tout le livre. La physique a deux grandes théories. La relativité générale décrit ce qui est grand : les étoiles, les galaxies, l'Univers. La mécanique quantique décrit l'infiniment petit : les atomes et les particules. Toutes deux sont remarquablement bien vérifiées, mais, selon Hawking, elles sont incompatibles entre elles. Tant que chacune s'applique à son propre territoire, c'est supportable. L'enquête commence là où les territoires se rejoignent.

La météo de demain est elle aussi un modèle : nous lui faisons confiance tant qu'elle se vérifie, et nous la remplaçons quand elle se trompe encore et encore. C'est une analogie de Livria, pas un exemple tiré du livre.

Si une théorie est un modèle, les endroits les plus intéressants sont ceux où le modèle se brise. C'est là qu'on voit quelle image il faudra ensuite.

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L'auteur

Stephen Hawking (1942-2018) était un physicien théoricien britannique, professeur à l'université de Cambridge. Il est connu pour ses travaux sur les trous noirs et l'origine de l'Univers, notamment pour avoir prédit le rayonnement des trous noirs. Il a vécu la plus grande partie de sa vie avec une sclérose latérale amyotrophique.

Tous les livres de l'auteur: Stephen Hawking

Notions du livre

  • Einstein
  • Newton
  • mécanique quantique
  • Cambridge
  • Big Bang
  • Relativité générale
  • Espace-temps
  • E = mc²: La célèbre formule d'Einstein : l'énergie (E) est égale à la masse (m) multipliée par le carré de la vitesse de la lumière (c). Même une petite masse porte une énergie énorme.
  • Hubble: Edwin Hubble, astronome américain. En 1929, il a montré que les galaxies lointaines s'éloignent d'autant plus vite qu'elles sont loin de nous : l'Univers est en expansion.
  • Penrose: Roger Penrose, mathématicien et physicien britannique. Avec Hawking, il a démontré que, selon la théorie d'Einstein, il doit y avoir une singularité au commencement de l'Univers. Prix Nobel de physique 2020.
  • Singularité: Un état de densité infinie que prédit la relativité générale et où les lois connues de la physique cessent de fonctionner.
  • Trou noir: Une région de l'espace où la gravité est si forte que même la lumière ne peut s'en échapper. Il se forme, par exemple, quand une grosse étoile s'effondre sur elle-même.
  • Horizon des événements: La frontière d'un trou noir : de l'intérieur, même la lumière ne peut ressortir.
  • Thorne: Kip Thorne, physicien théoricien américain, spécialiste de la gravitation et des trous noirs. Prix Nobel de physique 2017 pour la détection des ondes gravitationnelles.
  • Cygnus X-1: Une source brillante de rayons X dans la constellation du Cygne, l'un des premiers candidats au titre de trou noir. Aujourd'hui, on la considère comme un trou noir.
  • Ondes gravitationnelles: Des ondulations de l'espace-temps produites par le mouvement de corps très massifs, par exemple la fusion de trous noirs. Détectées pour la première fois en 2015.
  • Rayonnement de Hawking: Un faible rayonnement des trous noirs, prédit par la théorie, qui pourrait leur faire perdre lentement de la masse. Il n'a encore jamais été observé directement.
  • Hartle: James Hartle, physicien théoricien américain. Avec Hawking, il a proposé en 1983 le modèle d'un Univers sans bord.
  • Temps imaginaire: Un procédé mathématique dont Hawking se sert dans son hypothèse d'un Univers sans bord. Un outil de calcul, et non un temps que l'on peut ressentir.
  • Thermodynamique: La flèche thermodynamique du temps est la direction dans laquelle le désordre augmente. La thermodynamique est la branche de la physique qui étudie la chaleur et l'énergie.
  • Flèche du temps: La direction dans laquelle va le temps : du passé vers l'avenir. Hawking distingue trois flèches de ce genre.
  • Théorie unifiée: Une théorie hypothétique qui réunirait la relativité générale et la mécanique quantique. Elle n'existe pas encore.

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