Stephen Hawking, Dieu, les quarks, le football, l’origine du monde, le handicap et le Nobel

« Il est très possible que des aliens dotés de dix-sept bras, d’une vision infrarouge et aux oreilles pleines de crème fraîche aient observé expérimentalement le même phénomène sans éprouver le besoin de recourir aux quarks. » (Stephen Hawking et Leonard Mlodinow, 2010).




Le physicien Stephen Hawking est mort il y a un an, le 14 mars 2018 à l’âge de 76 ans. Très célèbre par son livre best-seller "Une brève histoire du temps" (éd. Bantam Press, 1988), il était un scientifique atypique d’une très grande stature intellectuelle (il enseigna à la prestigieuse chaire de professeur lucasien de mathématiques de Newton puis de Paul Dirac à Cambridge) qui a eu la particularité très visible d’être en situation de handicap et de dépendance pendant quasiment toute sa vie active. Il fut sans doute le scientifique le plus célèbre du monde de ce début du XXI^e siècle : « Parfois, je me demande si je ne suis pas plus célèbre pour mon fauteuil roulant et mes handicaps que pour mes découvertes. » (Interviewé par la chaîne américaine PBS en 2014).

Son courage à refuser condamnations médicales et renoncements professionnels mais aussi affectifs, en a fait même un exemple de ténacité, de combativité et de persévérance pour tous ceux qui, atteints de maladie irréversible, se battent pour pouvoir vivre le plus "normalement" possible.

Je propose ici, en son hommage et pour l’occasion, de revenir sur quelques points de sa vie, de sa pensée et de ses travaux, à travers quelques-uns de ses ouvrages.

Dans "Comment penser comme Stephen Hawking" (éd. Michael O’Mara Books Limited, 2016), Daniel Smith n’hésite pas à écorner un peu la réputation du physicien en le décrivant habile, bête de scène et de télévision (avec son « incomparable talent (…) pour susciter l’intérêt du grand public, y compris dans des disciplines les plus hermétiques »), aimant la réussite et provocateur : « Stephen Hawking semblait profiter pleinement de sa célébrité même si cela comportait quelques désagréments. En vérité, il n’avait aucune raison de se priver et de vivre comme un ermite. (…) Il aimait les signes extérieurs de richesse, et d’ailleurs pourquoi n’en aurait-il pas eu le droit ? ».

Créer la polémique pouvait être une tactique : « Bien qu’ayant longtemps vécu avec un salaire modeste d’universitaire, il avait la réputation d’être un habile négociateur qui ne se bradait pas. Il attendait, à juste titre, une rémunération équitable pour son expertise unique. Lorsqu’il devient célèbre à partir des années 1980, il négocie son prix pour rédiger des articles et donner des conférences. En outre, il était passé maître dans l’art de la publicité. Il savait que ses déclarations publiques recueillaient une attention considérable et entretenaient sa notoriété tout en créant une petite controverse de temps en temps. » (Daniel Smith).

C’était peut-être pour cette raison que dès son premier livre grand public, "Une brève histoire du temps", il a malicieusement placé une phrase polémique que l’éditeur a accepté de ne pas retirer à la fin de son ouvrage : « Si nous découvrons une théorie complète, elle devrait un jour être compréhensible dans ses grandes lignes pour tout le monde, et non pas une poignée de scientifiques. Alors, nous tous, philosophes, scientifiques et même gens de la rue, serons capables de prendre part à la discussion sur la question de savoir pourquoi l’univers et nous existons. Si nous trouvons la réponse à cette question, ce sera le triomphe ultime de la raison humaine, à ce moment, nous connaîtrons la pensée de Dieu. ».


Dieu est-il nécessaire ?

À cette question, Stephen Hawking a répondu tout au long de ses travaux par la négative : les lois de la physique suffisent à faire que le monde est monde ! Sans départager sa propre croyance (athéisme ou agnosticisme), il remettait régulièrement les pendules (quantiques) à l’heure.

Dans "Une brève histoire du temps", il l’expliquait déjà : « Toute l’histoire de la science est la prise de conscience progressive que les événements n’arrivent pas de façon arbitraire, mais qu’ils peuvent refléter un certain ordre fondamental qui peut être ou ne pas être d’origine divine. ».

En 1988, dans une interview à l’hebdomadaire allemand "Der Spiegel", il complétait ainsi : « Ce que j’ai fait, c’est montrer qu’il est possible que la manière dont l’Univers a commencé ait été déterminée par les lois de la science. Dans ce cas, il ne serait pas nécessaire de faire appel à Dieu pour décider comment l’Univers a commencé. Cela ne prouve pas que Dieu n’existe pas, seulement que Dieu n’est pas nécessaire. ».

En 1990, sur la BBC, il imaginait mal un Dieu pour les humains : « Nous sommes d’insignifiantes créatures sur une planète mineure située dans la banlieue extérieure d’une galaxie parmi des centaines de milliards d’autres. De la sorte, il est bien difficile de croire en un Dieu qui s’occuperait de nous ou ne ferait même que remarquer notre existence. ».

En 2007, il disait aussi : « Je crois que l’Univers est régi par les lois de la science. Ces lois ont peut-être été décrétées par Dieu, mais Dieu n’intervient pas pour briser ces lois. » ("New Statesman").

En 2011, dans un documentaire sur la chaîne Discovery Channel, il était plus clair encore : « Chacun est libre de croire ce qu’il veut. Mais mon point de vue est extrêmement clair : il n’y a pas de Dieu. Personne n’a créé l’Univers et personne ne dirige notre destin. Ce qui me mène vers une conclusion : il n’existe probablement pas de paradis. Ni même de vie après la mort. » ("Curiosity").

En 2011, dans une interview au "Guardian", il philosophait ainsi : « Cela fait quarante-neuf ans que je vis dans la perspective d’une mort précoce. Je n’ai pas peur de la mort, mais je ne suis pas pressé d’en finir. Il y a encore tellement de chose que je veux faire d’abord (…). Pour moi, le cerveau est un ordinateur qui cesse de fonctionner lorsque ses composants ont lâché. Il n’y a pas de paradis ou d’au-delà pour les ordinateurs cassés… ».

La plus grande provocation éditoriale fut sans doute avec la publication en 2010 d’un de ses derniers essais, coécrit avec le physicien Leonard Mlodinow au titre déjà éloquent : "Y a-t-il un grand architecte dans l’Univers ?" (éd. Odile Jacob pour son édition française), au titre original en anglais "The Great Design", titre qui reprend le thème très voltairien du grand horloger.

Le livre se termine comme dans "Une brève histoire du temps" : « Le fait que nous, êtres humains, simples assemblages de particules fondamentales de la nature, ayons pu aboutir à une telle compréhension des lois qui gouvernent notre Univers constitue en soi un triomphe fantastique. Mais le vrai miracle réside peut-être dans ce que des considérations abstraites de logique aient pu déboucher sur une théorie unique qui prédit et décrit un aussi vaste Univers, riche de l’étonnante variété que nous observons. Si cette théorie est confirmée par l’observation, elle conclura avec succès une quête commencée il y a plus de trois mille ans. Nous aurons alors découvert le grand dessein. ».


La structure de l’Univers

Parmi les particules dont nous sommes assemblés, les plus importantes, celles qui constituent les nucléons, ce sont les quarks. Dans le même livre, les deux physiciens expliquent : « Le modèle des quarks, qu’on ne peut pas (…) voir, permet d’expliquer (…) les propriétés des protons et des neutrons dans le noyau de l’atome. Bien que protons et neutrons soient des assemblages de quarks, on n’a jamais pu observer de quark individuel car les forces qui les lient augmentent avec la distance qui les sépare. Par conséquent, il n’existe pas de quark isolé dans la nature. (…) Avec le temps et à mesure que les prédictions du modèle des quarks se sont révélées exactes, l’opposition [à ce modèle] a cependant perdu de sa vivacité. ».

Le livre évoque aussi des molécules en forme de ballon de football, composées de soixante atomes de carbone et appelées fullerènes (en anglais, buckyballs) en hommage à l’architecte Buckminster Fuller qui a conçu des immeubles de la même forme. Cette molécule est déjà de l’ordre du macroscopique et pourtant, elle suit encore des propriétés quantiques tout à fait extraordinaires. Ainsi, lors d’une expérience dans un laboratoire autrichien en 1999, lorsqu’on les envoie à travers une paroi avec deux fentes, ces molécules se répartissent comme l’auraient fait des photons, et aussi, déjà plus curieusement, des électrons, c’est-à-dire avec des zones sans molécules, comme s’il y avait des interférences.



Les deux physiciens auteurs du livre de 2010 commentent ainsi : « Nous avons alors progressivement découvert que la nature, à l’instar des fullerènes, ne se comporte pas comme notre expérience quotidienne ou notre bon sens nous le soufflent. L’expérience sur les fullerènes est typique de ces phénomènes qui échappent à la science classique et ne peuvent s’expliquer que dans le cadre de la physique dite quantique. ».

De là à se poser cette question : « Des théories qui reposent sur des cadres conceptuels aussi éloignés de notre ressenti quotidien peuvent-elles également expliquer les événements de la vie ordinaire comme le faisait si bien la physique classique ? ».

Et la réponse est oui : « Bien que ces atomes élémentaires obéissent aux principes de la physique quantique, on peut montrer que les grands assemblages que sont les ballons de football, les navets et les avions de ligne, ainsi que nous par la même occasion, s’arrangent pour ne pas diffracter à travers des fentes. (…) Aussi étrange que cela puisse paraître, il arrive très souvent en science qu’un assemblage important se comporte très différemment de ses composants individuels. Ainsi, les réponses d’un neurone unique ne ressemblent en rien à celles du cerveau humain ; de même, connaître le comportement d’une molécule d’eau ne vous dira pas grand-chose sur celui d’un lac entier. ». On peut poursuivre à l’infini, je donnerai cet exemple du grain de sable et du tas de sable qui n’ont pas du tout les mêmes comportements.

Dans son livre "La brève histoire de ma vie" (éd. Bantam Books, 2013), sorte d’autobiographie sur son cheminement scientifique et personnel, Stephen Hawking a évoqué le type d’Univers qu’il imaginait : « La condition aux limites sans bord implique que l’Univers ait été créé spontanément à partir de rien. On crut d’abord que cette proposition ne prévoyait pas un niveau suffisamment élevé d’inflation, mais j’ai ensuite compris que la probabilité d’une configuration donnée de l’Univers doit être pondérée par le volume de la configuration. (…) La proposition sans bord prévoit que l’Univers se présente complètement lisse à ses débuts, mais avec de minuscules écueils. Ces écueils grandissent conjointement avec l’expansion de l’Univers et conduisent à la formation de galaxies, d’étoiles, et de toutes les autres structures de l’Univers, sans oublier les êtres vivants. La condition sans bord est la clef de la création, la raison pour laquelle nous sommes ici. ».

Dans "Y a-t-il un grand architecte dans l’Univers ?", après avoir expliqué que la création d’un corps nécessite de l’énergie positive afin d’assurer que l’Univers soit stable localement, Stephen Hawking a apporté l’intérêt cosmologique de l’existence de la gravitation : « Si l’énergie totale de l’Univers doit toujours être nulle et que la création d’un corps coûte de l’énergie, comment un univers entier peut-il être créé à partir de rien ? C’est précisément la raison pour laquelle une loi comme la gravitation doit exister. La gravitation étant une force attractive, l’énergie gravitationnelle est négative : il faut fournir de l’énergie pour séparer un système lié par la gravité (…). Cette énergie négative peut donc contrebalancer l’énergie positive nécessaire à la création de la matière (…). La gravitation déformant l’espace et le temps, elle autorise l’espace-temps à être localement stable mais globalement instable. ».

Et d’en conclure : « Parce qu’une loi comme la gravitation existe, l’Univers peut se créer et se créera spontanément à partir de rien (…). La création spontanée est la raison pour laquelle il existe quelque chose plutôt que rien, pourquoi l’Univers existe, pourquoi  nous existons. Il n’est nul besoin d’invoquer Dieu pour qu’il allume la mèche et fasse naître l’Univers. ».


Le handicap et la dépendance

Dans "Une brève histoire de ma vie", Stephen Hawking y a aussi raconté sa maladie et la manière dont elle évoluait. Ainsi, lors d’un voyage au CERN à Genève, en 1985, il a attrapé une méchante pneumonie : « On m’emmena aussitôt à l’hôpital du canton et l’on me mit sous un respirateur artificiel. Les médecins me croyaient tellement mal en point qu’ils proposèrent de couper le respirateur pour abréger mes souffrances, mais Jane [son épouse] refusa et me fit ramener par ambulance aérienne à l’hôpital d’Addenbrooke, à Cambridge. Là, on tenta de me ramener à mon état antérieur, mais il fallut finalement procéder à une trachéotomie. ».



Malgré la difficulté de la dépendance, il pouvait travailler efficacement : « Je peux être satisfait de ma vie. J’ai été marié deux fois et j’ai trois beaux enfants épanouis. (…) Mon handicap n’a jamais été un obstacle sérieux pour mon travail scientifique. (…) Pour mes collègues, je suis un physicien comme les autres, mais pour le grand public, je suis peut-être devenu le scientifique le plus connu au monde. Cela vient en partie de ce que les savants, à l’exception d’Einstein, ne sont pas des rocks stars mondialement connus. (…) Au fond,  j’aurai eu une belle vie. Je crois que les personnes handicapées devraient se concentrer sur les choses que leur handicap ne les empêche pas de faire, sans regretter ce dont elles sont incapables. Dans mon cas, j’ai réussi à faire la plupart des choses que je souhaitais. J’ai beaucoup voyagé. ».

Il a en effet fait de nombreux tours du monde, s’est déplacé dans de nombreux pays, a rencontré parfois leurs dirigeants en même temps que ses collègues, a tenu beaucoup de conférences, etc. Stephen Hawking a même fait un vol en apesanteur (en 2007), s’est retrouvé dans une conférence en Antarctique (en 1997), a visité un laboratoire de neutrinos à mille cinq cents mètres de profondeur (à Sudbury, au Canada), ou encore a voyagé dans un sous-marin et dans un dirigeable. Bref, malgré son handicap, il a eu la chance, par sa notoriété et son influence, à vivre beaucoup d’aventures sportives que beaucoup de personnes "normales" ne vivront jamais.


Pas de Nobel pour Hawking

Mais il y a quand même une chose qu’il n’a pas réussi à faire, ou plutôt à avoir. Il n’a jamais eu le Prix Nobel de Physique. Dans "Une brève historie de ma vie", il est revenu sur ce sujet : « J’ai rencontré un certain succès dans ma carrière scientifique : la plupart des spécialistes de physique théorique ont admis, me semble-t-il, l’émission quantique des trous noirs que j’ai décrite, même si cela ne m’a pas encore valu de Prix Nobel, parce que c’est très difficile à vérifier de manière expérimentale. D’un autre côté, j’ai remporté le prix de physique fondamentale, plus précieux encore, récompensant l’importance théorique de la découverte même si elle n’a pas été confirmée par l’expérience. ». Le prix de physique fondamentale, il l’a reçu en 2013, et il est le prix le mieux doté au monde, d’un montant de trois millions de dollars (deux fois plus que le Nobel).

Dans son livre, Daniel Smith analyse ainsi la situation : « À première vue, il semble étrange que le scientifique le plus célèbre ait été privé de la plus haute distinction existant dans son domaine. Était-il victime d’un complot, de jalousie ou de préjugés ? Ou bien n’était-il pas assez brillant pour le mériter ? En réalité, aucune de ces explications n’est valable. ».

Certes, selon Daniel Smith, « tout le monde, mis à part les plus réticents, s‘accorde à dire que Stephen Hawking avait sa place parmi l’élite scientifique mondiale et admet qu’il aurait dû être candidat au Prix Nobel. Pour citer Brian Cox, célèbre animateur de radio et professeur de physique des particules à l’Université de Manchester, Stephen Hawking était "un génie du calibre du Nobel". ».

La raison la plus répandue de la non attribution du Nobel, ce fut que sa découverte la plus importante, le rayonnement d’Hawking (des trous noirs) n’a encore jamais été prouvée par l’expérience, bien que son existence ait été admise par quasiment tous ses collègues. Au même titre que Peter Higgs en 2013 avec son boson, Stephen Hawking aurait pu recevoir le Nobel si, de son vivant, un chercheur avait observé cette mystérieuse émission quantique. Ainsi, lors de la mise en service du LHC (grand collisionneur de hadrons) au CERN en 2008, il s’amusait à dire : « Le plus excitant pour moi serait qu’il trouve de petits trous noirs, car je recevrais alors le Prix Nobel. Cependant, comme je ne pense pas que ce soit très probable, je ne retiens pas mon souffle. ».

De toute façon, il faut être réaliste, les scientifiques ne sont pas dans ce métier pour s’enrichir et obtenir des gratifications, il y a des jobs plus faciles intellectuellement et plus rémunérateurs en reconnaissance autant que pécuniairement : « On ne mène pas des recherches en physique pour gagner un prix mais pour la joie de révéler quelque chose que personne n’avait découvert auparavant… ».

Même Albert Einstein a mis longtemps à obtenir son Prix Nobel de Physique, et encore, pas pour sa contribution majeure dans la science, à savoir la Relativité générale qu’il est difficile voire impossible de prouver expérimentalement, mais pour la découverte de l’effet photoélectrique, certes importante dans la naissance de la physique quantique, mais pas autant que la Relativité qui a une portée beaucoup plus fondamentale.


La joie d’avoir contribué…

Dans "Une brève histoire de ma vie", Stephen Hawking insistait sur sa joie d’avoir posé quelques pierres dans la connaissance scientifique : « Quelle expérience formidable cela a été que de vivre et de faire de la recherche en physique théorique ! Je suis heureux si j’ai pu contribuer à notre compréhension de l’Univers. ».

Mais cette joie ne l’éblouissait pas jusqu’à en devenir aveugle. Comme tout scientifique, il avait le doute et l’humilité comme béquilles : « Toute théorie physique est provisoire, en ce sens qu’elle n’est qu’une hypothèse : vous ne pourrez jamais la prouver. Peu importe le nombre de fois où les résultats d’une expérience s’accorderont avec une théorie donnée ; vous ne pourrez jamais être sûr que, la fois suivante, ce résultat ne la contredira pas. Vous pouvez également réfuter une théorie en trouvant une observation unique qui ne cadre pas avec ses prédictions. ».

C’est la célèbre théorie de Karl Popper. Et surtout, c’est comme cela que la physique quantique est née, à partir de la "catastrophe ultraviolette" que Max Planck a tenté de planquer !…


Aussi sur le blog.

Sylvain Rakotoarison (12 mars 2019)
http://www.rakotoarison.eu


Pour aller plus loin :
Stephen Hawking, Dieu, les quarks, le football, l’origine du monde, le handicap et le Nobel.
La disparition de Stephen Hawking.
Un génie très atypique.
Les 60 ans de la NASA.
Document à télécharger : sa publication du 7 janvier 1901, "On the Law of the Energy Distribution in the Normal Spectum", qui fit naître la physique quantique.
Max Planck.
Georg Cantor.
Jean d’Alembert.
David Bohm.
Marie Curie.
Jacques Friedel.
Albert Einstein.
La relativité générale.
Bernard d’Espagnat.
Niels Bohr.
Paul Dirac.
Olivier Costa de Beauregard.
Alain Aspect.




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