12 théories sur l’Univers expliquées par Stephen Hawking

Pour mieux comprendre d’où on vient

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Stephen Hawking, prisonnier à l’intérieur d’un corps ravagé par la maladie, doté d’une capacité intellectuelle digne des plus grands savants, il souriait, passionné de partager avec le grand public des réponses aux questions qui nous animent tous. Des questions simples aux réponses très complexes basées sur des siècles de recherches.

L’Univers est âgé de 13,8 milliards d’années et pourtant, ce n’est que depuis 60 000 ans que l’humain a commencé à explorer en dehors du continent africain et il n’y a que 52 ans que le premier humain marchait sur la Lune. Le goût à l’exploration est dû au fait que nous avons eu l’honneur d’être neurologiquement équipés de la curiosité intellectuelle au cours de notre évolution, ce qui nous pousse à aller voir là-bas. Le mode d’apprentissage est une constante, mais plus on en sait, plus on se rend compte qu’on ne sait rien — comme le disait Socrate, le grand philosophe de la Grèce antique. Tout commence par une question: “pourquoi?” et ensuite c’est une succession de boîtes aux trésors. Ces petites boîtes donnent un sens à notre vie.

Dr Hawking, d’origine anglaise (1942–2018), était physicien théoricien et cosmologiste, pour tenter de résumer sommairement ses multiples champs d’expertise. Il a ouvert de très grandes boîtes, telles que la compréhension de l’Univers et les trous noirs. Sa quête, comme celle de ses collègues fut d’unifier la Relativité générale et la Mécanique quantique pour ainsi avoir une théorie pour décrire l’Univers. Noble comme aventure, n’est-ce pas?

La Royal Society est une communauté qui regroupe les plus grands scientifiques. De notre génération, Stephen Hawking a été élu “Fellow of the Royal Society”. Il y a 300 ans, ce type de position était occupée par nul autre que Isaac Newton. La révolution de Newton mettait la lumière sur une force invisible, inodore et intouchable, mais qui pourtant gouverne tout jusqu’au fin fond infini de l’Univers: la gravité.

Le travail de recherche durant la carrière de Stephen Hawking est phénoménal. L’image que je me fais est celle d’un homme qui ne fait pas du 9 à 5. Mais plutôt vivant dans un processus sans fin, dans lequel justement l’immensité de la tâche le pousse à continuer avec courage et détermination. C’est la curiosité à l’état pur. Pourquoi s’arrêter quand on est à une étape d’un savoir, d’une découverte ou simplement une petite clé qui ouvre la porte vers un monde inconnu? La force qui nous pousse à connaître ce qu’il y a l’autre côté du mur est innée, instinctive et universelle. À l’échelle du cosmos, ce n’est pas l’envie qui doit manquer de savoir d’où on vient. Il a eu aussi beaucoup de confiance pour faire face à l’inconnu et surtout aux limites des connaissances humaines.

Imagination is more important than knowledge. — Albert Einstein

Et pourtant, son bagage de connaissances est si vaste: la physique, biologie, astronomie, cosmologie, mathématiques, etc. Beaucoup de gens ont de la difficulté à suivre des cours d’introduction à l’école sur ces matières, alors qu‘il a écrit l’histoire et a fait avancer la science et notre compréhension du monde dans lequel on vit. Et tout ça, je le rappelle, enchaîné à un fauteuil roulant.

Socrate, Platon et Aristote sont du temps de la Grèce antique, il y a en somme entre 2000 et 2500 ans. Ils étaient des philosophes et défiaient les statu quo. Le mot “philosophie” vient de deux mots grecs: Philos et Sophia. Cela signifie “l’amour de la sagesse”. Ces personnages historiques utilisaient une technologie très moderne (la raison humaine) pour déterminer ce qui est vrai par rapport au faux, et ce, suivant une démarche rigoureuse. Est-ce que quelque chose est vrai basé sur ce que nos sens ont capté ou sur ce que nous avons entendu dire? Plutôt, les philosophes étudiaient les hypothèses, et surtout vérifiaient si c’était la bonne question qui était posée. Sans quoi, la conclusion ne pourrait pas être vraie, elle serait considérée invalide.

Le mécanisme ressemble aux méthodes scientifiques d’aujourd’hui. Et Stephen Hawking était de cette espèce. Cependant, il y a une grande différence entre celui considéré comme le fondateur de la philosophie occidentale, Socrate et un des plus grands génies de notre époque, Stephen Hawking: ce dernier nous a offert le privilège de nous laisser en héritage ses textes avec ses propres mots. Le problème avec Socrates c’est qu’il n’a laissé aucune mémoire écrite. Tous “ses mots” sont en réalité une perception et une interprétation de ses successeurs. On ne peut donc pas savoir avec certitude les théories réellement formulées par le Grec.

Malgré tout, ils partageaient la même définition de la science: créer un modèle qui permet de prédire le futur (et le passé), peu importe qui l’exécute. Pour Hawking, c’était de décrire l’Univers et donc notre histoire. Dans son célèbre livre “La brève histoire du temps”, Stephen Hawking nous dresse un portrait sur l’histoire des théories vis-à-vis l’Univers, et ce, à différentes époques.

Voici donc la synthèse de 12 théories sur l’Univers en ordre chronologique.

1. Le mythe de la Terre plate

C’est humain et réconfortant d’imaginer que l’Univers est éternel et ne change pas.

Gravure de Flammarion. Universum

2. La Terre est ronde

Il y a plus de 2300 ans — Aristote, philosophe grec. Il prouve que la Terre est ronde en observant les éclipses de Lune et l’étoile Polaire selon la position géographique d’un observateur sur Terre. Il a calculé la circonférence de notre planète, il pense qu’il n’y a pas eu d’intervention divine dans la création de l’Univers et croit que les catastrophes naturelles calibrent la race humaine.

Cosmographie de Petrus Apianus (1581) Démonstration que la Terre est ronde — Crédit : Bibliothèque de l’Observatoire de Paris

3. L’Univers a été créé par Dieu

Depuis plus de 2000 ans — Église chrétienne. L’Univers a été créé par Dieu 5000 ans avant Jésus-Christ. La Terre est au centre de l’Univers et il y a le paradis et l’enfer. Si quelqu’un propose un système cosmologique non approuvé selon les Saintes Écritures, la personne sera accusée et punie.

The Garden of Earthly Delights, par Bosch — Le paradis et l’enfer

4. Le géocentrisme

Il y a plus de 1900 ans — Ptolémée, astronome, géographe et mathématicien grec, propose un système cosmologique géocentrique et le décrit dans son livre Almageste. La Terre est le centre de l’Univers, elle est immobile et sphérique. L’Univers est fini avec des frontières. Les orbites sont des cercles et les étoiles sont fixes.

Ptolemy’s geocentric model in Peter Apian’s Cosmographia, 1524

5. L’héliocentrisme

Il y a 500 ans, en 1514 — Nicolas Copernic (il avait d’abord publié ses premières idées anonymement par peur de l’Église), prêtre polonais, mathématicien et astronome. Le Soleil est le centre de l’Univers et les planètes gravitent autour de celui-ci qui est immobile. Les planètes tournent sur un cercle.

L’idée de Copernic n’a pas été prise au sérieux pendant 100 ans.

Heliocentric model in Copernicus’ manuscript — On the Revolutions of the Heavenly Spheres

6. Astronomie moderne

Il y a 400 ans, en 1609 — Kepler, astronome et mathématicien allemand et Galilée, astronome et mathématicien italien, confirment la théorie de Copernic. Galilée a inventé le télescope pour observer le ciel. Les planètes tournent sur une ellipse.

Capture d’écran de mon iPhone grâce à l’application de la NASA qui permet en temps réel d’explorer le système solaire. C’est bien le modèle calculé et observé par ces grands savants.

7. La gravité universelle

Il y a 300 ans, en 1687 — Newton, mathématicien, physicien et astronome anglais. L’Univers est infini, les étoiles s’attirent entre elles par la force de la gravité, comme les forces entre les planètes et le Soleil. Newton décrit le mouvement des corps dans l’espace et le temps grâce aux mathématiques.

En analysant les étoiles, ils se demandent si elles pourraient tomber en un point. Selon ses calculs, c’est impossible, car dans un Univers infini il n’y a pas de point central. Il calcule la force de gravité (F) entre deux corps grâce à une constante de gravité (G), la masse des deux objets (m1 et m2) et la distance entre les deux centres (r).

Deux captures d’écran de l’application mobile Solar Walk Ads+ de Vito Technology. Les étoiles et les planètes sont soumises aux forces de la gravité.

8. La lumière des étoiles

Il y a 200 ans, en 1823 — Heinrich Olbers, philosophe allemand. Pourquoi le ciel est-il noir la nuit? Si les étoiles brillaient toutes en même temps, comme le Soleil, le ciel ne serait pas aussi sombre. La raison est que l’Univers est en constante expansion, les étoiles finissent par s’éteindre, mais sur Terre, leur lumière nous arrive avec un grand décalage de temps.

Photo by Nick Owuor (astro.nic.visuals) on Unsplash

9. La théorie de l’évolution par la sélection naturelle

Il y a 160 ans, en 1859 — Charles Darwin, naturaliste anglais. Pour survivre, une espèce est en changement et s’adapte au nouvel environnement, étant donné que les ressources sont limitées sur Terre.

L’évolution du crâne humain. Wikipedia

10. La théorie de la relativité générale

Il y a 100 ans, en 1915 — Einstein, physicien allemand, publie la théorie de la relativité générale en englobant la théorie de la gravitation de Newton. L’espace-temps, représenté dans l’image ci-dessous par le quadrillage, est déformé par l’énergie de la Terre. La théorie d’Einstein prédit, entre autres, les trous noirs et stipule que rien ne peut dépasser la vitesse de la lumière.

Distorsion de l’espace-temps. Wikipedia

11. Il n’y a pas qu’une galaxie

Il y a 90 ans, en 1929 — Edwin Hubble, astronome américain, observe qu’il y a beaucoup d’autres galaxies autour de nous, à l’extérieur de la Voie lactée et elles s’éloignent à grande vitesse dans l’Univers infini. Un jour, l’Univers a donc dû être très petit et dense, ce qui aurait causé le Big Bang, il y a 13,8 milliards d’années.

Une vue de plusieurs galaxies autour de la Voie lactée. NASA, Wikipedia

12. Les trous noirs

Depuis les 60 dernières années, un des plus grands exploits après la théorie d’Einstein, c’est une meilleure compréhension des trous noirs. Stephen Hawking et Robert Penrose font partie des pionniers sur le sujet. Malheureusement, Hawking n’a pas pu partager le Prix Nobel de 2020 avec Penrose, car il a quitté ce monde en 2018.

L’Univers est en effet infini, mais chaque point devient un ensemble fini ayant un centre avec un nombre infini d’étoiles autour. Les étoiles tombent donc en ce point, créant les trous noirs. La gravité est si forte que même la lumière ne peut s’y échapper.

Simulation d’un trou noir. Wikipedia

Conclusion

La quête de la théorie unifiée est complexe. La théorie de la relativité générale semble incompatible avec la mécanique quantique. La première traite des phénomènes à très grande échelle alors que la seconde traite de phénomènes de très petite échelle. Les scientifiques cherchent la théorie de la gravité quantique.

Après tant de générations, comment se fait-il que nous n’ayons pas déjà déchiffré l’énigme de l’Univers? Selon Hawking, il s’agirait d’une conséquence directe avec la théorie de Darwin: notre espèce n’est peut-être pas encore conçue pour connaître ses réponses. Est-ce que ça pourrait impacter notre survie? Sommes-nous prisonniers de notre imagination et de nos perceptions? L’histoire de nos ancêtres pourrait expliquer notre réalité: on évolue, on s’adapte à notre nouvel environnement, et ce, pour survivre. Nos avancées technologiques sont peut-être une solution pour notre survie et ainsi amener notre civilisation sur une autre planète, pour les mêmes raisons qui ont poussé nos ancêtres à se déplacer: forte population, nourriture manquante…


Pour découvrir Stephen Hawking, son livre publié au milieu des années 80, “La brève histoire du temps, les grandes théories du cosmos du big bang aux trous noirs” est à lire absolument, pour les curieux de nature. Lien vers Renaud Bray pour obtenir le livre