Sciences : Où naissent le temps et l'espace selon la pensée de Stephen Hawking- Par G. Paranton

Stephen Hawking, s'appuyant sur la théorie de la relativité générale d'Einstein, a profondément influencé notre compréhension de l'univers. Il a démontré que notre univers avait un commencement, une origine précise dans le passé, une idée qui constitue l'une de ses premières découvertes majeures. Lire plus

Les théorèmes de singularité développés par Hawking et Roger Penrose affirment que l'espace-temps trouve son origine dans une singularité, un point de densité infinie, lors du Big Bang. Cette conclusion est atteinte en remontant le temps grâce aux équations de la relativité générale et en prenant en compte les conditions extrêmes qui régnaient dans l'univers primitif, conditions que l'on tente de recréer partiellement dans des laboratoires comme le CERN.

À un certain point, en remontant vers cette singularité, le concept de temps et d'espace tel que nous le connaissons disparaît : il devient impossible de remonter plus loin. C'est le moment où le temps et l'espace naissent. C'est un peu comme chercher la source exacte d'un fleuve, tel que Livingstone a cherché les sources du Nil.

Mais où l'espace-temps trouve-t-il sa fin ? Selon Hawking et Penrose, l'espace-temps s'évanouit dans chaque trou noir, ces singularités qui se forment en permanence dans le cosmos. Ce sont des puits où temps et espace disparaissent à jamais. Pour valider ces idées à des échelles très petites, il est nécessaire de quantifier la gravité, ce qui implique de combiner la relativité générale d'Einstein avec la physique quantique, les deux grandes théories du XXe siècle. Hawking a lui-même fait un premier pas dans cette direction avec sa deuxième grande découverte : le rayonnement de Hawking.

Mais si l'Univers n'avait pas de fin ?

Hawking a démontré que tout trou noir de Schwarzschild de masse M émet un rayonnement électromagnétique, se comportant comme un corps noir parfait à une température donnée par la formule :

$T = \frac{\hbar c^3}{8\pi GMk}$

Cette formule rassemble les constantes fondamentales les plus importantes de la nature : la constante de Planck (physique quantique), la vitesse de la lumière c (physique relativiste), la constante gravitationnelle G (physique newtonienne), la constante de Boltzmann k (physique thermodynamique) et le nombre π (mathématiques). Cette union des grandes théories physiques dans une simple équation est une véritable symphonie universelle !

Hawking a ainsi ouvert des voies totalement nouvelles. Parmi elles, la quantification de la gravité et la théorie émergente de l'information quantique avec ses paradoxes cosmiques fascinants.

L'univers est-il limité ?

Cette question a hanté l'humanité depuis des générations. Pendant des siècles, l'univers a été perçu comme éternel et infini dans le temps et l'espace, avant que cette vision ne change à plusieurs reprises. Hawking, en collaboration avec James Hartle, a proposé une idée révolutionnaire : si le temps était imaginaire au tout début, alors l'univers n'aurait ni bord ni limite.

Il serait donc fini, mais sans frontières, et il n'y aurait pas de singularité initiale. L'origine de l'univers serait ainsi déterminée par les lois de la physique elles-mêmes, ce qui constitue la troisième grande contribution de Hawking : la conjecture de Hartle-Hawking sur un univers auto-entretenu.