J’ai lu pour vous UNE BREVE HISTOIRE DU TEMPS de Stephen HAWKING

A brief history of time (Édition de 1996) Stephen HAWKING, après des années de recherche en mathématiques appliquées et en cosmologie, a décidé de présenter, de manière vulgarisée, l’état des connaissances en matière de cosmologie et de sciences physiques. Son ouvrage est devenu, dès sa parution en 1988, un best-seller. Étonnant pour un ouvrage portant sur des thèmes, a priori, réservés à des élites scientifiques.

J’ai vendu plus de livres sur la physique que Madona sur le sexe ! Stephen HAWKING

Il explique ce phénomène par le regain d’intérêt des lecteurs pour les questions portant sur nos origines, sur le fonctionnement de l’Univers ou sur la place de Dieu. HAWKING est reconnu comme l’un des physiciens les plus brillants de sa génération. Il est notamment le grand théoricien des trous noirs. L’idée de cette fiche de lecture est de vulgariser (encore) les éléments présentés par HAWKING. Et pour commencer, un petit rappel sur le modèle standard de l’atome en image :

atome
Le modèle théorique l’atome

UNE BRÈVE HISTOIRE DU TEMPS de Stephen HAWKING

L’univers historique


Depuis l’antiquité, les philosophes ont cru pouvoir expliquer, de manière définitive, le fonctionnement de notre univers. ARISTOTE (-340) et PTOLÉMÉE (+200) voyaient l’Univers comme « fini » et plaçaient la terre au centre de l’Univers et l’homme au centre de la terre. Cette vision « géocentrique » et finie de notre Univers convint parfaitement à l’église chrétienne qui ne pouvait imaginer la créature de Dieu ailleurs qu’au centre du tout. Si Dieu avait effectivement créé l’homme à son image, ce n’était certes pas pour l’envoyer dans une galaxie très lointaine. COPERNIC (1514), le premier (en fait il y eut un précédent peu connu : ARISTARQUE de SAMOS (-280)), au péril de sa vie, remit le soleil au centre de l’Univers (Héliocentrisme). NEWTON (1687), le premier vrai physicien, décrivit la force (de gravité) qui gouverne le mouvement des astres, les uns par rapport aux autres, mais aussi explique la chute des pommes. A cette époque, la question de l’infini (déjà mise sur la table par Giordano BRUNO (1548)) commença à se poser : si l’Univers est infini, alors il y a une infinité d’étoiles. Pourquoi, dans de telles conditions, le ciel nocturne n’est-il pas illuminé ? La question de l’infini portait également sur le temps : y avait-il eu un commencement ? Et si tel fut le cas, qu’y avait-il avant ? Les seules réponses furent alors d’ordre métaphysique et surtout conformes à la Bible (La Genèse) : Avant, il y avait Dieu, la cause première, le premier moteur immobile (ARISTOTE).

helio.jpg
Héliocentrisme

Déjà SAINT-AUGUSTIN (354), au cours de sa brève existence, avait remarqué les progrès de l’humanité : les voiles se perfectionnaient, de nouveaux outils étaient inventés. Sa conclusion était évidente : « si le progrès est de ce monde, c’est qu’il n’a pas toujours existé et, par conséquent, il y a eu un début « (CQFD). KANT (1781) vit les choses différemment en partant du principe de causalité (déjà énoncé par ARISTOTE et DESCARTES), qui stipule que « rien n’arrive sans raison » : il fit alors deux hypothèses :

  1. soit le monde eut un commencement. Le principe de causalité n’est alors pas respecté puisque nous avons un premier événement (le monde) qui n’est pas la conséquence d’ une cause ;
  2. soit le monde n’a pas eu de commencement. Une cause l’a donc engendré, elle-même engendrée par une autre cause et ainsi de suite jusqu’à l’infini ; ce qui, pour KANT était absurde.

Bref, KANT ne fit pas avancer le débat.

Il fallut attendre 1929 et HUBBLE qui mit en évidence que toutes les étoiles et toutes les galaxies s’éloignent de la terre et, qui plus est, s’en éloignent d’autant plus vite qu’elles sont plus lointaines. L’Univers est donc en expansion, comme les étincelles d’un feu d’artifice. De là à conclure que, dans un passé lointain, toute cette matière était concentrée quelque par en un point, il n’y avait qu’un pas.

Aparté des Éditions des Chavonnes

Comment HUBBLE s’y est-il pris pour conclure à la fuite des galaxies lointaines ? Imaginez une ambulance, sirène hurlante. Même en fermant les yeux, vous savez, aux fluctuations du son de la sirène, si l’ambulance s’éloigne ou se rapproche. Comment faites-vous ? Le son est une onde qui voyage dans l’air, à la manière d’une vaque qui voyage sur la surface de la mer. Plus l’onde est plate, plus le son est grave. Lorsque la sirène se rapproche, elle « tasse » les ondes. Le son est plus aigüe. Vous en déduisez que l’ambulance se rapproche. Hubble a utilisé la même méthode, mais en utilisant les ondes lumineuses qui ont tendance à se tasser (virer au rouge) lorsque les objets lumineux s’éloignent.

effet doppler
l’effet Doppler

Le XXème siècle fut le siècle des grandes avancées. Pour ne citer qu’eux, citons

  • EINSTEIN qui, avec sa théorie de la relativité, décrivit en 1906 le fonctionnement des « grandes masses » que sont les étoiles et les galaxies et
  • Max PLANCK qui s’intéressa, au contraire, aux petits éléments (atomiques et subatomiques) au travers sa théorie des quantas.

Nous avions alors deux manières antagonistes d’expliquer l’univers. Le défit à relever fut alors de trouver une théorie du tout,capable d’expliquer le fonctionnement des galaxies mais également de la lumière et des fourmis qui courent autour de nous…

UNE BRÈVE HISTOIRE DU TEMPS de Stephen HAWKING

L’espace et le temps


ARISTOTE pensait que les objets avaient une tendance naturelle au repos. Il expliquait ainsi le comportement d’une pierre qu’on lance. Cela supposait qu’à terme, leur position devenait fatalement fixe (nichée dans un trou par exemple) et leur vitesse était nulle. GALILÉE puis NEWTON vinrent bousculer cette certitude (qui avait quand même grâce à l’église résisté quinze siècles) : tout dépend de l’observateur ! En effet, vue de la lune, par exemple, ou vue d’un train, la pierre, même calée dans son trou, est en mouvement. selon Freud, ce fut la première grande vexation de l’humanité (il y en aura bien d’autres) : la terre ne peut pas être considérée comme un point particulier, un lieu privilégié dans l’Univers et elle ne peut pas être considérée  comme immobile.

En 1865, MAXWELL avait montré que la lumière avait une vitesse. Mais une vitesse par rapport à quoi ? Y-avaitil un point fixe dans l’Univers ? une sorte de référence absolue à partir de laquelle on pouvait déterminer la vitesse de tous les objets ? Ce fut ainsi, pour contourner l’obstacle, que l’on inventa le concept de l’Ether (que personne pourtant n’avait jamais vu) : une sorte de fluide absolument immobile. Tout mouvement pourrait alors être décrit par rapport à cette référence.

Mais coup de tonnerre sur la science : En 1887, Albert MICHELSON montra que la vitesse de la lumière est fixe quelle que soit la vitesse de l’observateur ! Il a beau courir de plus en plus vite derrière un rayon de lumière, il constatera toujours que ce rayon a la même vitesse : 300 000 km par seconde ! voilà qui mit un terme à l’existence de l’éphémère Ether. Ce résultat était contre-intuitif : prenons une voiture qui roule à 100 km/h. Si vous êtes sur le trottoir (immobile) vous constatez en effet que la voiture s’éloigne de vous à 100 km/h ! Mais si vous êtes à bord d’une seconde voiture qui roule dans le même sens également à la même vitesse de 100 km/h, alors vous constatez que la première voiture ne s’éloigne plus de vous : elle vous parait immobile. Pourquoi est-ce différent avec la lumière ?

En 1905, EINSTEIN donna un coup de grâce à l’Ether. Après avoir écarté l’idée d’un point fixe, il avança l’idée de l’inexistence d’un temps absolu ! Le temps ne s’écoule pas à la même vitesse aux quatre coins de l’Univers : un jumeau voyageant dans une fusée vieillirait moins vite que son frère resté sur terre ! Rendons à César ce qui appartient à César, ce fut Poincaré (le frère du Président) qui, le premier, mit cette idée en équations.

EINSTEIN lia le temps et l’espace. Ces deux concepts ne sont pas indépendants. Ils fonctionnent ensemble. Autre résultat majeur : La gravité de NEWTON, pour EINSTEIN, n’est pas une force. C’est une déformation de l’Espace-Temps : imaginons une boule de pétanque posée sur un trampoline. La toile est « déformée » par la masse de la boule. Si une bille est posée sur la toile, elle se dirige vers la boule comme si une force l’attirait. On a l’illusion d’une force mais en fait c’est la déformation du support qui modifie la trajectoire !

deformation
Déformation de l’espace-temps

Notre soleil fait de même. Il déforme, par sa masse, l’Espace-Temps. La terre, située dans l’espace-temps déformé, semble « attirée » par le soleil. Ce fut (à ce qu’il me semble) le premier exemple d’une théorie expliquée a posteriori par la pratique : une expédition fut lancée pour observer le ciel nocturne lors d’une éclipse de soleil. Des photos ont été prises et on a constaté que, dans la périphérie du soleil éclipsé, certaines étoiles n’étaient pas à leur place : leur lumière avait été déviée par la masse du soleil. Kant, dans la critique de la raison pure avait posé cette question : « les jugements synthétiques a priori sont-ils possibles ? » EINSTEIN démontra que oui.

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L’Univers en expansion


En 1929, HUBBLE avait montré que l’univers était (et est toujours) en expansion. En 1922, FRIEDMAN avait déjà prédit théoriquement cette expansion. Il est amusant de constater qu’EINSTEIN (comme HOYLE et d’autres) s’ était toujours fermement opposé à ce principe d’un Univers en expansion. FRIEDMAN en a déduit que :

  • l’Univers a entre 10 et 15 milliards d’années ;
  • à l’origine, l’Univers était concentré en un point unique, de dimension nulle, et donc de densité infinie (toute la matière de l’Univers dans un mouchoir de poche). Un tel point est appelé en mathématique une singularité ;
  • tout a commencé par un « BIG-BANG » (nom donné par les détracteurs de la théorie), une explosion première.

En 1965, deux experts (PENZIAS et WILSON) des téléphones BELL mesurèrent par hasard un rayonnement fossile. Ce rayonnement était uniforme dans toutes les directions. Ils venait de détecter  le rayonnement « fossile » consécutif à la première explosion ; La théorie de FRIEDMAN était confirmée. En 1965 encore, PENROSE (mathématicien anglais ami de HAWKING) mit en équations  la singularité de FRIEDMAN. Cette singularité est un point de dimension nulle et de densité infinie. Il est tellement dense, que même la lumière ne peut s’en échapper. Il est donc noir. On l’appellera trou noir. A cette époque notre héros (HAWKING) épousa Jane WILDE. On découvrait aussi sa maladie qui ne lui laissait plus que deux ans d’espérance de vie…

En 1970, la théorie du Big-bang fut enfin  acceptée. Mais les modèles étaient formels : pour que ça marche, il fallait bien plus de matière que ce que l’on observait dans l’Univers. Nous avions donc un premier problème. Le second résidait dans la singularité proprement dite : toutes les lois de la physique, notamment la relativité, s’effondraient lors du franchissant la frontière du trou noir ou avant le big-bang. C’était comme si Dieu (HAWKING y fait beaucoup référence) cachait à l’homme ce qui se passait à l’origine.

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 Le principe d’incertitude (ou plutôt d’indétermination)


Au XIXème siècle, LAPLACE affirmait que si on connaissait toutes les lois de la physique, la position et la vitesse de tous les éléments, on serait alors capable de déterminer le futur, y compris du comportement humain ; comme un observateur d’une partie de billard : à partir de la vitesse d’une boule, il peut, sans trop d’erreur, connaître sa position future. Eh bien tout ça est faux ! Nous y reviendrons. Dans le monde quantique (monde des particules de la taille des atomes), le hasard semble exister !

En 1900, Max PLANCK montra que la lumière (par exemple) est à la fois :

  • une particule (un photon de masse nulle et de vitesse de 300 000 km par seconde) ;
  • et une onde (comme une onde radio).

Il montra que l’énergie ne pouvait être absorbée que par « paquets » ou quantas. Une particule (un atome, un électron, un neutron,…) ne pouvait ainsi pas avoir n’importe quel niveau d’énergie. PLANCK inaugura ainsi la construction d’une nouvelle mécanique, celle adaptée à la physique des particules : la mécanique quantique.

Aparté des Éditions des Chavonnes : l’atome est la particule élémentaire de la matière. Il est constitué de neutrons (de charge nulle) et de protons (de charge positive) qui forment le noyau. Autour de ce noyau, gravitent des électrons (de charge négative). Ils sont en même quantité que les protons ce qui donne à l’atome une charge totale nulle.

atome

1926, une grande date (pour moi la plus grande). Werner HEISENBERG (voir l’article « A-t-on prouvé l’existence de Dieu ? « ) montra qu’une particule ne pouvait avoir à la fois :

  • une position déterminée et
  • une vitesse déterminée,

peu importait la méthode de mesure. Ça dépassait l’entendement ! Il fallait intégrer, une fois pour toutes, qu’en mécanique quantique, tout marche à l’envers, contre l’intuition. Par exemple, on sait aujourd’hui qu’une particule peut être à deux endroits à la fois. Le don d’ubiquité  existe bel et bien ! Mais revenons à HEISENBERG : son principe (également valable pour les champs) permit d’affirmer que, pour une particule, avoir une position déterminée et une vitesse précise n’avait pas de sens dans la nature. Si on fait l’analogie avec une voiture, on peut dire :

  • soit qu’elle roule à 100 km par heure ;
  • soit qu’elle se trouve porte de Clichy ;

mais pas les deux à la fois.

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Les forces de la nature


Aparté des Editions des Chavonnes

Pour comprendre ce qui suit, il faut introduire deux ou trois notions. On a cru longtemps que l’atome (du grec « que l’on ne peut pas séparer ») était l’élément de base de la matière, la brique de Lego que l’on ne pouvait diviser. DEMOCRITE(-370) avait déjà énoncé ce principe (de l’atome, pas du Lego!). Puis, l’existence des neutrons et des protons a été mis en évidence par RUTHERFORD. Enfin, MURAY a montré que les protons et les neutrons étaient eux-même constitués chacun de trois quarks. Et ensuite ? Ensuite, la physique s’est intéressée à la force de cohésion des structures : « comment tout ce petit monde tient ensemble ? » On peut ainsi constater que:

  • l’électron tourne autour du noyau de l’atome ;
  • les neutrons sont collés aux protons ;
  • les quarks sont collés entre eux ;
  • les atomes sont collés entre eux pour former des molécules, comme dans l’eau (deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène).

C’est sur ce point 5 que Hawking apporta des réponses.

Quatre forces ont été identifiées :

  • la gravité, qui régit le fonctionnement des grandes masses (planètes, étoiles, galaxies). C’est la plus faible. Mais c’est la seule qui agit à grande distance. Comme elle concerne beaucoup de particules (tous les atomes du soleil et tous ceux de la terre par exemple), elle finit par avoir une énorme puissance. Elle régit le fonctionnement des grandes masses ;
  • la force électromagnétique, qui agit entre particules portant une charge électrique ; c’est elle qui fait que l’électron chargé négativement ne s’échappe pas de l’atome, attiré par les charges positives du proton ;
  • la force nucléaire faible, qui, comme son nom l’indique, agit au niveau du noyau : elle est responsable notamment de la radioactivité ;
  • la force nucléaire forte, qui maintient les quarks ensemble .

A chacune de ces quatre forces sont associées des particules :

  1. la gravité : le graviton ;
  2. la force électromagnétique :le photon ;
  3. la force nucléaire faible : le boson ;
  4. la force nucléaire forte : le gluon.
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Les quatre forces fondamentales et les particules élémentaires associées

L’idée des physiciens fut, depuis EINSTEIN, de développer une théorie qui unirait ces quatre forces : en d’autres termes, d’enfermer l’Univers dans une série d’équations.

L’unification de la physique

Des pas ont été franchis. Les forces 2, 3 et 4 ont été réunies dans une théorie appelée GUT (Grand Unified Theory). Mais jamais on n’a pas réussi à réunir les quatre forces. GUT a permis toutefois de dégager un résultat surprenant : la mise en évidence de l’existence de l’antimatière (DIRAC 1932). A chaque neutron correspond un anti-neutron qui est exactement son inverse. Si on les met ensemble, ils se détruisent l’un et l’autre pour disparaitre dans le vide. Ça marche pour tous les types de particules. Un autre résultat est le principe d’exclusion de PAULI (1925) : deux particules ne peuvent avoir la même position ou la même vitesse. Un des grands défauts de cette grande théorie unifiée est qu’elle n’est pas unifiée du tout : elle a oublié la gravité qui reste toujours le vilain petit canard de la physique.

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Les trous noirs


La fin des étoiles

C’est ici qu’intervient HAWKING. Il expliqua les raisons pour lesquelles les étoiles produisent de la lumière (comme notre soleil). Elles sont essentiellement constituées d’atomes d’hydrogène (1 proton, 1 neutron et 1 électron). Les atomes d’hydrogènes entrent en collision en raison de l’énorme gravité qui règne au centre du soleil et provoquent ainsi une augmentation de la température. Ils fusionnent en hélium (deux protons) en dégageant de la chaleur. La pression augmente à l’intérieur du soleil, mais la gravité parvient à éviter que tout explose. Lorsque l’hydrogène aura complètement été brûlé, la température redescendra. Le soleil se contractera. Comme le principe d’exclusion de PAULI empêchera les particules d’avoir la même position, les particules vont s’écarter les unes des autres. Le soleil entrera dans une phase d’expansion. Mais les particules étant limités (en termes d’énergie), la gravité parviendra encore à maintenir le tout. La gravité finira même par l’emporter. Le soleil se contractera.

En fonction de la quantité de matière présente dans une étoile comme notre soleil, trois destins seront alors possibles.

Si sa masse est

  • inférieure à  1,5 masse solaire, l’étoile deviendra une naine blanche (volume de la terre) ;
  • supérieure à 1,5 masse solaire, l’étoile deviendra une étoile à neutrons (15 km de diamètre, mais très dense (un milliard de tonnes par cm³))
  • supérieure à 10 masses solaires, l’étoile deviendra un trou noir (un point infiniment dense).

HAWKING s’est intéressé essentiellement aux trous noirs. La difficulté réside justement dans le fait qu’ils sont noirs et que, par conséquent, on ne peut pas les voir. Ils sont essentiellement définis théoriquement. Leur densité est telle que la lumière ne peut s’en échapper.

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Les trous noirs ne sont pas noirs


HAWKING s’est intéressé aux caractéristiques de l’Event Horizon (EH), la frontière à en-deça de laquelle la lumière ne peut pas s’échapper. En s’appuyant sur le principe d’incertitude d’HEISENBERG, il a montré que le vide de l’espace n’est pas tout à fait vide. En effet, s’il était vide, le champ qui le caractérise serait nul et le resterait. Il aurait alors une position et une vitesse exactement déterminées et égales à zéro. Ce qui n’est pas possible. Le champ fluctue donc autour de zéro. Comment cela est-il possible ? Le vide n’est-il pas vide ? HAWKING a montré que des particules et des antiparticules surgissent en permanence du néant, se rencontrent et disparaissent. Et cela est vrai également au niveau de l’EH. Lorsque l’antiparticule apparaît, elle est immédiatement avalée par le trou noir et ne peut ainsi être annihilée par la particule qui, de son côté, est éjectée dans l’espace sous forme de rayonnement. HAWKING a donc démontré que le trou noir n’était pas noir mais qu’il émettait des rayonnements et même de la chaleur ! Comme il absorbe un flux d’antiparticules, il grossit et peut même exploser. Le temps existe donc dans un trou noir.

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Les débuts et la fin de l’univers


HAWKING a décrit la formation de l’Univers depuis le big-bang jusqu’aux trous noirs. Le point de départ est un point infiniment dense et de dimension nulle où toutes les lois de la physique sont détruites. La température a commencé à baisser et sont apparus les électrons, et les photons (en émettant les fameuses radiations captées par PENZIAS et WILSON), puis les neutrinos et leurs congénères (antiparticules) ; La température a encore baissé : le taux de formation des couples particules/antiparticules est devenu supérieur à leur taux d’annihilation.

Puis se sont formés :

  • les premiers noyaux (l’énergie des neutrons et des protons n’était plus suffisante pour contre-carrer la force nucléaire faible)
  • et les premiers atomes (les électrons n’avaient plus assez d’énergie pour contre-carrer la force électromagnétique).

Des fluctuations locales de densité de matière ont provoqué des contractions locales sous l’action de gravité. Des galaxies se sont formées. Les concentrations locales d’atomes d’hydrogènes ont formé des étoiles qui se sont mises à briller lorsque, dans leur cœur, la fusion des atomes d’hélium a débuté. Des éléments de plus en plus lourds (fer, silice, carbone,…) ont été créés par fusion d’éléments plus légers. Lorsque le combustible a été épuisé, les étoiles se sont contractées en trous noirs (éventuellement) pour finir en supernova (une explosion) qui a envoyé dans l’univers les éléments lourds. Une seconde génération d’étoiles a été créée à partir de ces éléments ainsi que des planètes. Le système solaire a donc été formé à partir d’une supernova et de la formation d’astres de secondes générations.

Cette histoire suppose des « conditions initiales ». Il existe ainsi une série de constantes dont le « bon réglage » est capital pour que la vie apparaisse. On peut ainsi citer par exemple

  • la vitesse de la lumière (c) ;
  • la constante de gravitation (g) ;
  • la constante de Planck ;
  • la masse des quarks ;
  • le nombre d’Avogadro ;
  • la constante de Faraday,…

Aparté des Editions des Chavonnes

Dieu créa l’Univers tel qu’il est par de bons réglages ?

Si la constante de gravitation (g) avait été un peu plus :

  • faible, seules les étoiles peu massives se seraient formées ; il n’y aurait pas eu de supernova et pas d’éléments lourds, donc pas de vie
  • puissante ; plus de gaz se serait condensé dans les étoiles qui auraient alors été bien plus massives. Leur durée de vie aurait été courte en raison d’une fusion accélérée des atomes d’Hydrogène en Hélium ; trop courte, en tout cas, pour laisser à la vie le temps d’apparaître.

Il semble donc bien que « g » ait été « bien réglée », pour que la vie apparaisse : ni trop puissante, ni trop faible.

Si la force électromagnétique avait été plus :

  • faible, les électrons auraient été moins solidement liés aux noyaux des atomes. Les atomes auraient été instables, empêchant l’apparition de la vie ;
  • puissante, les électrons auraient été plus solidement arrimés aux noyaux des atomes. Or, la formation des molécules (comme l’eau par exemple) suppose des échanges d’électrons entre les atomes. Cet échange aurait été alors impossible. Pas d’eau, pas de vie.

Si la force nucléaire forte avait été plus :

  • faible, protons et neutrons n’auraient pas fusionné en éléments lourds, comme le carbone notamment, une des briques élémentaires, indispensable à la vie ;
  • puissante, l’hydrogène aurait complètement fusionné en éléments lourds et l’eau (qui nécessite de l’hydrogène) n’aurait pas existé.

On peut citer ainsi des dizaines d’exemples similaires. La question du « réglage de ces constantes » se pose donc inévitablement. Par qui ? Y aurait-pu y avoir d’autres univers ? Y a-t-il eu une infinité d’univers avec pleins de constantes différentes, la plupart ayant disparu faute de stabilité ? Cette dernière hypothèse conduit HAWKING à décrire le principe anthropique : « pour se poser ce type de questions, Il faut être dans un univers disposant de telles constantes ».

Reste à trouver le Graal : la théorie du tout. HAWKING émet une hypothèse : l’univers serait fini mais sans frontière. Comment cela est-il possible ? Il fait une analogie avec la surface de la terre. Un individu qui suivrait l’équateur, n’arriverait jamais au bout (pas de frontière), alors qu’il marcherait sur une surface finie. Mais alors, il se demande la place de Dieu (être infini) dans un tel espace fini ?

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La flèche du temps


HAWKING retient trois définitions du temps :

1. Le temps thermodynamique

Il est basé sur le second principe de la thermodynamique. Ce principe veut que dans un système fermé (votre chambre par exemple), le désordre augmente toujours (les chaussettes sales qui s’accumulent), sauf si vous y injecter du travail (la femme de ménage). C’est en raison de ce principe que l’on voit des vases se casser en mille morceaux et que l’on a rarement vu l’inverse. Le temps thermodynamique suppose donc une augmentation du désordre et un sens unique.

2. Le temps psychologique

Il explique pourquoi vous vous souvenez de votre journée d’hier et pas de celle de demain.

3. Le temps cosmologique

Il est illustré par l’expansion de l’Univers. L’être humain est un être ordonné. Son cerveau est probablement la structure la plus ordonnée de l’univers. Comment cela est-il possible dans un système qui veut du désordre, toujours plus de désordre ? Il faut en fait envisager l’univers entier comme un système. Par exemple, il se peut que votre maison soit globalement en désordre mais que, localement, dans votre penderie par exemple, les cravates soient soigneusement rangées. Voilà pourquoi l’homme peut quand même vivre dans un Univers où le désordre croit. Lorsque nous mangeons, nous absorbons des systèmes organisés (une banane) et nous les transformons en chaleur (énergie désorganisée), mais aussi en tissus (énergie organisée) ou en information (organisée). Globalement le système « homme » conduit à un désordre plus grand, car la chaleur dégagée l’emporte sur le reste.

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Trous de vers et voyages dans le temps


HAWKING décrit les possibilités de voyage dans le temps. Cela est possible en :

  • allant plus vite que la lumière (a priori impossible selon EINSTEIN) ;
  • courbant l’espace-temps. Il faudrait alors disposer de région de l’espace à densité négative (plus vide que vide). Il semble que ce soit possible et même expérimentalement (effet CASIMIR 1948). Entre deux plaques métalliques, le vide fluctue (selon HEISENBERG). Les plaques sont rapprochées. Des paires de particules-antiparticules se créent dans l’espace. Mais celles qui ont des longueurs d’onde trop importantes sont rejetées à l’extérieur. La pression à l’extérieur devient supérieur à l’intérieur. C’est l’énergie du vide !

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Unification de la physique


Max BORN, en 1928, avait annoncé la fin de la physique en six mois. Aujourd’hui, il semble que l’on se soit éloigné du but. HAWKING voit trois scénarios :

  • on y arrivera (mais on ne pourra pas le démontrer par l’expérience) ;
  • il existe une infinité de théories qui conduisent à une description de plus en plus fine de l’univers ;
  • on y arrivera pas parce qu’il n’existe pas de théorie.

La théorie du tout devra, en tout état de cause si elle existe, permettre l’unification des quatre forces fondamentales. Après l’abandon de la super gravité (trop complexe), il plaide pour la théorie des cordes (qui supposent plusieurs dizaines de dimensions).

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Conclusion


 HAWKING devient dans cette conclusion plus philosophe que physicien. Il se demande finalement si la vraie question n’est pas : « pourquoi y a-t-il un Univers ? » Il revient sur LAPLACE (qui avait dit à Napoléon que l’hypothèse « Dieu » n’avait pas sa place dans son modèle) en insistant sur l’erreur de raisonnement. Le Français avait notamment oublié les conditions initiales (qui les a choisies et qui a fixé les lois gouvernant leur évolution ?)

 

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