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Hawking en

Paul Parsons et Gail Dixon

Préface John Gribbin

3 minutes Sa vie, ses théories et son influence en un rien de temps

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Sommaire

Préface 6Comment utiliser ce livre 8 Introduction 10

Chapitre 1 : Sa vie 19

Sa famille 20L’enfance 22Un génie en devenir 24Pourquoi avoir choisi la physique ? 26La période d’Oxford 28La vie d’étudiant de troisième cycle à Cambridge 30Sous un ciel menaçant 32L’amour s’épanouit 34Les enfants de Hawking 36Vivre avec la sclérose latérale amyotrophique 38L’héritier d’Einstein 40En Californie 42Comment Hawking travaille-t-il ? 44Les croyances de Hawking 46Une nouvelle voix 48Une brève histoire du temps 50Scientifique et superstar 52Génie et globe-trotter 54

Une grande fidélité à Cambridge 56Où en est Hawking ? 58

Chronologie 60 Glossaire 62

Hawking en 3 minutes

Copyright © 2012, Éditions Hurtubise inc. pour l’édition en langue française en Amérique du Nord

Titre original de cet ouvrage :3-Minute Stephen Hawking

Les Éditions Hurtubise bénéficient du soutien financier des institutions suivantes pour leurs activités d’édition :•GouvernementduCanadaparl’entremiseduFondsdulivredu

Canada(FLC);•GouvernementduQuébecparl’entremiseduprogrammedecrédit

d’impôt pour l’édition de livres.

Direction de création : Peter BridgewaterÉdition : Jason Hook et Jamie PumfreyDirection de publication : Caroline EarleDirection artistique : Michael WhiteheadDesignetmaquette:GlynBridgewaterTraduction de l’anglais : Julie LavalléeMontage:GenevièveDussault

Édition originale produite et réalisée par :Ivy Press210 High Street, LewesEast Sussex BN7 2NS, R.-U.

Copyright © 2012, Ivy Press Limited

ISBN978-2-89647-965-8(versionimprimée)ISBN978-2-89723-036-4(versionnumériquePDF)ISBN978-2-89723-037-1(versionnumériqueePub)

Dépôt légal : 4e trimestre 2012BibliothèqueetArchivesnationalesduQuébecBibliothèqueetArchivesCanada

Diffusion-distribution au Canada :Distribution HMH1815, avenue De LorimierMontréal(Québec)H2K3W6www.distributionhmh.com

Tous droits réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite, stockée dans quelque mémoire que ce soit ou transmise sous quelque forme ou par quelque moyen que ce soit, électronique, mécanique, par photocopie, enregistrement ou autres, sans l’autorisation préalable écrite du propriétaire du copyright.

Image de couverture : Homer Sykes/www.HomerSykes.com

Imprimé en Chine

www.editionshurtubise.com

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Chapitre 2 : Ses théories 65

La théorie de la relativité restreinte 66La théorie de la relativité générale 68 Les trous noirs 70Les singularités 72Les théorèmes sur les singularités 74Les quatre principes de la thermodynamique des trous noirs 76Intermède quantique 78Le rayonnement de Hawking 80Le paradoxe de l’information des trous noirs 82La cosmologie 84L’inflation 86La cosmologie quantique 88La cosmologie descendante 90La gravité quantique 92Connaître la pensée de Dieu 94La nature du temps 96

La protection chronologique 98La vie extraterrestre 100Paris entre scientifiques 102Des preuves des théories de Hawking 104

Chronologie 106 Glossaire 108

Chapitre 3 : Son influence 111

Une vision de la science 112Anciens étudiants 114Contemporains de Hawking 116Le militantisme 118Les droits des personnes handicapées 120La technologie au service des handicapés 122La vulgarisation scientifique 124Le cinéma et la télévision 126L’opinion publique 128La prochaine génération 130Des preuves de l’existence des trous noirs 132L’évaporation des trous noirs 134L’héritage de l’information des trous noirs 136La naissance de l’Univers 138L’espace-temps en physique 140Percées au chapitre de la gravité quantique 142La théorie de l’information quantique 144Les voyages dans le temps 146Baptisés en l’honneur de Hawking 148Un héritage durable 150

Chronologie 152 Glossaire 154

Résumé en 3 minutes 156 Ressources utiles 158Index 159 Remerciements 160

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Comme Albert Einstein, Stephen Hawking est devenu un symbole emblématique de la science connu par des millions de personnes n’ayant qu’une compréhension limitée de son travail. L’image d’un esprit brillant emprisonné dans un corps défaillant a contribué à créer une fascination pour l’homme, tandis que les domaines qu’il étudie – les trous noirs, la naissance de l’Univers et la fin des temps – sont fascinants en eux-mêmes. Pourtant, il me semble parfois que les gens prennent un malin plaisir à ne pas comprendre ces sujets, comme si l’explication en termes simples du travail de scientifiques comme Hawking allait le déprécier ou le dénuer de sa magie.

6

Préface

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À la publication de son livre Une brève histoire du temps, décrit comme le best-seller le moins lu jamais publié, j’ai entendu, à l’occasion de réceptions, des gens se faire concurrence pour étaler leur ignorance des sujets qu’il aborde. Quand l’un affirmait : « Je n’ai pas pu me rendre plus loin que le chapitre 2 », on pouvait être certain qu’un autre allait renchérir : « Et moi, pas plus loin que la page 2 ! »

C’est bien dommage, car le mystère et la magie qui entourent le domaine scientifique exploré par Stephen Hawking sont en fait valorisés, et non dépréciés, par l’acquisition d’une certaine compréhension. Dans le présent livre, les auteurs Paul Parsons et Gail Dixon apportent cette valeur. L’histoire de la vie de Stephen Hawking est bien connue, du moins dans ses grandes lignes, et tout le monde peut éprouver de l’admiration pour la façon dont il a surmonté ses difficultés physiques, mais, selon moi, le plus important reste la façon dont Hawking a contribué à l’amélioration marquée de notre compréhension de l’Univers au cours de la deuxième moitié du XXe siècle. Ma première rencontre avec lui remonte à 1967, alors que j’étais un étudiant en visite à Cambridge et qu’il participait à un débat sur le big-bang. À cette époque, la théorie du big-bang n’était pas encore entièrement reconnue comme la meilleure description de l’Univers qui nous entoure. De nos jours, non seulement est-elle acceptée, mais la date du big-bang a été fixée à il y a 13,7 milliards d’années (pas 13,6 ou 13,8 !), et des chercheurs tels que Hawking ont émis des idées sur le type d’événement qui a dû déclencher la naissance de l’Univers tel que nous le connaissons.

Paul Parsons et Gail Dixon présentent ici de manière claire et concise les grands thèmes explorés par Hawking afin de rendre accessible à tous la magie de la science aux frontières de la connaissance. Quiconque a déjà abandonné l’un des livres de Stephen Hawking au chapitre 2 (ou à la page 2) devrait lire cet ouvrage sur l’homme et son travail. On aurait tort de s’en passer !

JOHN GRIBBINChercheur invité en astronomieUniversité du Sussex, R.-U.

7Extrait de la publication

Ce livre raconte l’histoire de Stephen Hawking, considéré comme le plus grand physicien vivant. Le premier chapitre traite de sa vie. Après avoir reçu un diagnostic de maladie invalidante à 21 ans, il se retrouve confiné à son fauteuil roulant et ne peut parler qu’au moyen d’un synthétiseur vocal électronique. Dans le deuxième chapitre sont exposées ses contributions décisives à la physique et à la cosmologie. Hawking a montré que le centre des trous noirs abrite des « singularités » ayant une densité infinie et que l’Univers pourrait avoir commencé dans un état similaire. Il a également apporté la preuve que les trous noirs peuvent en réalité émettre des particules et un rayonnement. Puis, il a conçu des théories unissant relativité et mécanique quantique afin d’expliquer comment notre Univers est apparu à partir de rien. Le troisième et dernier chapitre porte sur l’influence de Hawking. En plus d’avoir établi les standards de la recherche moderne en physique quantique et en relativité, il est devenu le défenseur de nombreuses causes.

Comment utiliser ce livre

8

Chapitre 1

Sa vie

Chapitre 2

Ses théories

Chapitre 3

Son influence

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Index

159

AAlcubierre, Miguel 140Al-Khalili, Jim 124anthropique (principe) 90, 108astéroïde 7672 Hawking 148, 154

BBardeen, James 76Bekenstein, Jacob 116Bekenstein (limite de) 136Belgiorno, Franco 104Berman, Robert 28big-bang (théorie du) 84, 86, 88, 108Broglie, Louis de 78

CCalifornia Institute of Technology (Caltech)

42, 62Carr, Bernard 38Carter, Brandon 70, 76causaux (ensembles) 142, 154cellules souches (recherche sur les) 122,

155 CERN 48, 62, 150, 154chiffreurs de code 144cohérence 146, 155 Collisionneur de hadrons (Grand) 150, 154 conjecture de protection chronologique

98, 108cordes (théorie des) 92, 109, 142 cosmologie conforme cyclique 136, 154cosmologie descendante 90, 109 courbes de genre temps fermées 98, 108Cox, Brian 52, 130, 150Cygnus X-1 102, 132

DDAMTP (Department of Applied

Mathematics and Theoretical Physics, Université de Cambridge) 44, 46, 62

Davies, Paul 134Desert Island Discs 52Dirac, Paul 40, 78Dowker, Fay 114

EEddington, Sir Arthur 68Einstein, Albert 30, 40, 66, 68, 94, 150 ekpyrotique (Univers) 102, 140 électrofaible (théorie) 94E=mc2 66

énergie noire 138, 142ensembles causaux 142, 154entropie 76, 82, 96, 108, 136 Equalizer 48, 63espace-temps 68, 142 euclidienne (gravité quantique) 92, 114 événements (horizon des) 70, 108

FFeynman, Richard 42, 78fond diffus cosmologique 84, 104, 108Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker

(modèle de) 84 Futurama 14, 126, 154

GGalilée 20, 66générale (théorie de la relativité) 30, 68,

92, 109, 132géodésique (incomplétude) 74 Gibbons, Gary 92, 114Gödel (théorème d’incomplétude de) 94 Gonville and Caius College, Cambridge 34,

38, 46, 63, 148Grand Collisionneur de hadrons 150, 154 gravitationnelles (ondes) 102, 108, 154 gravité quantique 92, 109, 142gravité quantique à boucles 142 Green, Michael 130Gurzadyan, Vahe 136 Guzzardi, Peter 50, 128

HHawking, Elaine 12, 54, 63 Hawking, Frank 10, 20, 26, 28, 32 Hartle, James 88Hawking, Jane 12, 34, 36, 46, 48, 50, 54,

56, 63 Hawking, Isobel 10, 20, 46Hawking, Lucy 36 Hawking (rayonnement de) 80, 104, 109 Hawking, Robert 36 Hawking, Stephen carrière et célébrité 40, 52, 58, 148 droits des handicapés 46, 120, 122 enfance et études 10–11, 20–26 formation universitaire 28–30 méthodes de travail 44 politique 46, 118

professeur lucasien de mathématiques 10, 40, 58, 63

religion 46 santé 32, 38, 48, 62 vie extraterrestre 100 vision de la science 112 Hawking, Timothy 36, 54 Heisenberg, Werner 78Hertog, Thomas 90 Hogan, Craig 104holographique (principe) 104, 109 Hooft, Gerard ’t 82horizon des événements 70, 108Hubble, Edwin 84

Iincertitude quantique 80 incomplétude géodésique 74incomplétude (théorème de Gödel d’) 94 inflation 86, 102, 104, 109information quantique (théorie de l’) 144,

155Institut Perimeter 58, 63interprétation des mondes multiples 146,

154

JJean-Paul II, pape 128

LLaflamme, Raymond 96, 114 lignes de temps 60-61, 106-107,

152-153Linde, Andreï 138

MM (théorie) 92, 109maladie de Lou Gehrig, voir SLAMason, David 54Mason, Elaine, voir Hawking, Elaine Michell, John 70Minkowski, Hermann 68 Mlodinow, Leonard 58multiconnexes (Univers) 140, 154

Nnature du temps 96Newton, Isaac 40, 68Novikov, Igor 146

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Remerciements

OObama, Barack 118 ondes gravitationnelles 102, 108, 154Overbye, Dennis 44

PPage, Don 42Penrose, Roger 13, 30, 40, 62, 72, 74,

116, 136Perimeter (Institut) 58, 63proposition sans bord 88, 90, 109, 138

Qquantique (gravité) 92, 109, 142quantique (incertitude) 80quantique (théorie) 78, 88, 109

Rrayonnement de Hawking 80, 104, 109 recherche sur les cellules souches 122,

155 Rees, Martin 56relativité générale (théorie de la) 30, 68,

92, 109, 132relativité restreinte (théorie de la) 66, 96,

109Royal Society 10, 40, 63

SSagan, Carl 14, 50, 62Schrödinger, Erwin 78, 109

Schwarzschild, Karl 70Sciama, Dennis 30, 56, 63, 78, 114sélection (principe de) 90 Shannon, Claude 82Simpsons, Les 52, 63, 126 singularité 30, 72, 74, 109 SLA (sclérose latérale amyotrophique) 32,

38, 48, 62Smolin, Lee 142Sorkin, Rafael 142 Spielberg, Steven 116 Star Trek 126, 140Stewart, John 72Strominger, Andrew 15, 142 supersymétrie 130, 155 Susskind, Leonard 82

TTahta, Dikran 26thermodynamique 76, 109Thorne, Kip 42, 62, 102, 116 Tout (théorie du) 94, 109, 150 trous noirs 30, 70, 108

évaporation 80, 134 preuves de l’existence des trous noirs 132 paradoxe de l’information 82, 102, 108, 136 quatre principes de la thermodynamique 76 théorème de calvitie 70, 82

trous noirs supermassifs 132, 155Turok, Neil 13, 88, 102, 112, 140 Tutu, Archevêque Desmond 120 twisteurs (théorie des) 116

UUne brève histoire du temps 10, 50, 94Univers (naissance de l’) 74, 138voir aussi big-bang (théorie du)Univers dans une coquille de noix (L’) 16,

58 Unruh, Bill 134

VVafa, Cumrun 142Vikenkin, Alexander 138, 155 VoiceText 122, 155voyages dans le temps 98, 146

WWheeler, John Archibald 70 Wilde, Jane, voir Hawking, Jane Witten, Edward 15, 130 Woltosz, Walt 48

YY a-t-il un grand architecte dans l’Univers ?

58, 92, 124 ZZuckerman, Al 50

L’éditeur souhaiterait remercier les personnes et les organismes mentionnés ci-dessous qui ont autorisé la reproduction des images de ce livre. Nous n’avons ménagé aucun effort pour en référencer les crédits ; toute omission éventuelle est involontaire et, de ce fait, nous vous prions de bien vouloir nous en excuser. (T = haut ; B = bas ; L = gauche ; R = droite ; C = centre)

Alamy/Miguel Sayago : 16B. AllenMcC : 152, 117B.Bantam Press : 125L.Jacob D. Bekenstein : 117BR.Nissim Benvenisty : 123TL, 123C.Wayne Boucher/Cambridge2000.com : 149B.Alex Brown : 57T.Courtesy of the Clendening History of Medicine Library, University of Kansas Medical Center : 79C.Martin Conway : 95T.Corbis/Eleanor Bentall : 17 ; Bettmann : 67, 95C ; Michael S. Yamashita : 113B.David Dvir : 115.Fotolia : 47TR, 147 ; Adimas : 47B, 61 ; Alex Fiodorov : 100, 101, 107R ; Amorphis : 137TL ; ArchMen : 101BR ; Mademoiselle Bézier : 27 ; Kasia Biel : 103L ; Christian Bijani : 89L, 94C, 95, 95BL, 107, 108; BiterBig: 37; Daniel Boiteau : 69C ; Brilt : 99BR ; Hugo C Campos : 94R, 151BR ; Mardis Coers : 137BL ; Sergii Denysov : 89 ; Marc Dietrich : 99BL ; Karelin Dmitriy : 85BR ; Christopher Dodge : 35T ; Elenathewise : 54 ; Jürgen Fälchle : 83, 85C ; Stephen Finn : 70 ; Paul Fleet : 81T ; Foto Flare : 51; Frenta : 6, 99T ; Sean Gladwell : 37B, 112TR ; Victor Gmyria : 83TL ; Andreas Haertle : 54 ; Innovari : 146, 147 ; iQoncept : 72, 106R ; Vaclav Janousek : 91C ; javarman : 23C ; Jezper : 101BL, 107BL ; Anja Kaiser : 120B ; Iakov Kalinin : 87BL ; kikkerdick : 73R ; Vladislav Kochelaevs :

79BL ; Georgios Kollidas : 40TR ; Ralf Kraft : 95R ; ktsdesign : 127 ; Jon Le-Bon : 50C ; Le Do : 87, 142 ; Robert Lerich : 25BL ; Liveshot : 91B ; Matamu : 91T ; David Mathieu : 49 ; Yuriy Mazur : 59 ; Mopic : 29 ; Nmid : 33 ; Dennis Oblander : 137C ; Tyler Olson : 105BL ; Konovalov Pavel : 24 ; Mariia Pazhyna : 50T ; Peresanz : 141T ; Anton Prado Photo : 76TR, 107L ; Karen Roach : 51B ; Robybret : 117B ; Rolffimages : 87TR ; Salavan : 55TR ; Gina Sanders : 55 ; Gino Santa Maria : 55B ; Dmitry Sosenushkin : 137CL ; SSilver : 127T ; James Steidl : 28, 36 ; David Talakhadze : 57B ; Tauro79 : 128T, 129T ; Terex : 53T ; Andrzej Tokarski : 25BR ; Guillaume Tunzini : 43R ; Tuulijumala : 53B ; Vetkit : 137BR ; Viktor : 126TR ; Vincentmax : 93B ; Viper : 97 ; Wawro Designs : 22 ; Ivonne Wierink : 137CR ; Jan Will : 75R ; Zagorskid : 95BR.Biswarup Ganguly : 31B, 117L.Getty Images/CBS Photo Archive : 103C ; China Photos : 15T ; David Montgomery : 35R, 39BL ; WPA Pool : 15.Private Collection of Gary Gibbons : 115. Shai Gil : 59B, 61. Dave Guttridge, The Photographic Unit : 115.JD Hancock : 141C, 152. Sean Hickin : 39TR.Matthew Hunt : 23B.David Iliff : 29B.iStockphoto/Gustaf Brundin : 75, 93T, 143 ; ChuckSchugPhotography : 147C.Bob Lee : 131B.Library of Congress, Washington, D.C. : 21C, 25B, 31T, 46, 48, 60, 69B, 79TL, 106L.NASA : 17T, 142, 143 ; ESA, AURA/Caltech, Palomar Observatory : 101TL ; ESA/Hubble : 100, 101TR ; Hui Yang University of Illinois O : 2 ; Jeff Hester, and Paul Scowen (Arizona State University) : 64 ; JPL : 6, 27 ; JPL-Caltech/R. Hurt : 95TR ; Kim Shiflett : 55C, 123B ; STScI : 139BC.

Keenan Pepper : 117BC.Rex Features : 10, 11TL, 11TR, 11BL, 11BR, 21BR, 23T, 25, 29T, 33, 157 ; 20thC.Fox/Everett : 14B, 127C ; Jonathan Hordle : 121 ; ITV : 14T ; Nils Jorgensen : 53C, 157 ; Tony Kyriacou : 16T ; Robin Laurance : 45B ; Greg Mathieson : 125B, 154 ; Olycom SPA : 129B ; Matthew Power : 17BL ; Geoffrey Robinson : 151TL ; Sipa : 15BL, 119T ; Startraks Photo : 12B.David Samuel : 125TL.Maurice Savage/NASA/ The Royal Society : 57C.Scala Archives/Scala Florence/Heritage Images : 13T.Science Photo Library : 49L, 81L ; Corbin O’Grady Studio : 131C ; David Parker : 13B.Shutterstock/Agsandrew : 145 ; AlessandroZocc : 127BC ; Anteromite : 69, 115 ; Alin B : 125TR ; Clearviewstock : 135T, 147 ; Corepics : 113T, 152 ; Pavel Gaja : 144, 145 ; Markus Gann : 4, 62, 77C, 105R, 107, 139T ; Gataki : 103B ; gingging : 105, 105 ; Patrick Hermans : 149T ; debra hughes : 66, 93T, 109 ; Imagewell : 73C, 137T ; Image Wizard : 6, 18, 132, 133R ; Ladyann : 79TR ; MarcelClemens : 149C ; Inga Nielsen : 79 ; Nomad_Soul : 145 ; Oneo : 91B ; OPIS : 73B ; Picsfive : 83TR ; Leigh Prather : 151BL ; Christophe Rolland : 83BR ; sdecoret : 135L ; 152 ; Shrewsbury Design and Photography : 143 ; Snaprender : 74 ; Michael Taylor : 95BC ; Clifton Thompson : 143 ; tovovan : 69B ; trucic : 87BR ; Vicente Bracelo Varona : 133C ; Vladru :135 ; Vlue : 157 ; Mansurova Yulia : 85R.Pete Souza : 59C.Kevin Stanchfield : 43TL.Hedwig Storch : 143. Homer Sykes/ www.homersykes.com : cover, 37T.Topfoto/John Hedgecoe : 12T.Elke Wetzig : 121TL.Wikipedia/Ojan: 131T.Andy Wright: 119B, 153.

160Extrait de la publication