Stephen Hawking, l’héritage d’un génie des sciences

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Stephen Hawking, l’héritage d’un génie des sciences

Hier, les médias ont buzzé avec la révélation que Stephen Hawking avait terminé un article deux semaines avant sa mort. Ce document est censé contenir un aperçu époustouflant.

Les titres font référence à un article intitulé « A Smooth Exit from Eternal Inflation » en collaboration avec Thomas Hertog. Le document a été téléchargé à l’origine sur arXiv en juillet de l’année dernière, mais il a été mis à jour il y a deux semaines. Il est en cours de révision avec « un journal de premier plan » que je soupçonne mais ne connais pas est Physical Review D. Thomas Hertog a donné une conférence à ce sujet lors de la conférence à laquelle j’ai assisté l’été dernier. Vous pouvez regarder la vidéo de la conférence de Hertog ici.

Selon The Independent, l’article contient « une théorie expliquant comment nous pourrions détecter des univers parallèles et une prédiction pour la fin du monde ». En outre, nous apprenons, « Hawking a également théorisé dans son travail final que les scientifiques pourraient trouver des univers alternatifs en utilisant des sondes sur les vaisseaux spatiaux, permettant aux humains de former une meilleure compréhension de notre propre univers, de ce qu’il y a d’autre là-bas et de notre place dans le cosmos ».

Dans le Sunday Times vous pouvez lire que le journal « montre comment nous pourrions trouver d’autres univers » et dans The Telegraph vous trouverez une citation de Carlos Frenk, professeur de cosmologie à l’Université de Durham qui a dit : « L’idée intrigante dans le journal de Hawking est que[le multivers] a laissé son empreinte sur le rayonnement de fond qui imprègne notre univers et nous pourrions le mesurer avec un détecteur sur un vaisseau spatial ».

Comme le document ne dit rien sur la détection d’univers parallèles, je ne savais pas si les titres faisaient référence à un autre document. Mais non, Thomas Hertog m’a confirmé que le papier en question est bien le papier qui se trouve sur l’arXiv. Il n’y a pas d’autre papier.

Que dit le journal ?

Le document est basé sur une vieille idée de Stephen Hawking et Jim Hartle appelée la proposition « no-boundary ». Dans l’article, les auteurs utilisent une nouvelle méthode pour effectuer des calculs qui n’étaient pas possibles auparavant. Plus précisément, ils calculent le type d’univers qu’un multivers contiendrait si cette théorie était correcte. La principale conclusion semble être que notre univers est compatible avec l’idée, et aussi que ce multivers particulier dont ils s’occupent n’est pas aussi grand que le multivers habituel qu’on obtient de l’inflation éternelle.

Ce n’est pas totalement inintéressant si vous êtes dans les idées multivers, parce qu’alors vous avez besoin de cette information pour calculer la probabilité de notre univers. Mais c’est aussi un document très théorique qui ne dit rien sur les conséquences de l’observation.

La seule chose que le document dit, c’est que l’inflation a eu lieu. Et l’inflation prédit que les ondes gravitationnelles produites dans l’univers primitif devraient laisser une empreinte dans le fond des micro-ondes cosmiques (CMB). C’est le signal de polarisation CMB que BICEP recherchait mais n’a pas trouvé. Il y a, cependant, quelques missions satellites dans la planification qui le chercheront avec plus de précision.

Alors, comment détecter les univers parallèles ? En détectant la polarisation CMB. Je ne plaisante pas.

Voici ce que Hertog a dit à ce sujet :
« Ce modèle prédit que notre univers est né avec une explosion d’expansion rapide appelée inflation cosmique. Un big bang de ce genre amplifie les ondes gravitationnelles qui, à leur tour, apparaissent dans les images satellitaires de[la configuration des fluctuations de température dans] le fond cosmique des micro-ondes. Les futures missions satellitaires devraient le voir, si la théorie est correcte.

Des données d’observation pour le modèle sans frontière[sous forme d’ondes gravitationnelles du big bang] produiraient des preuves solides pour un multivers. Cet article fournit un pas vers un modèle mathématique solide et testable du multivers. Cela constitue une extension significative de notre notion de réalité physique.

Certains cosmologistes se sont opposés au multivers sur la base qu’il n’est pas possible de le tester. Cependant, notre modèle montre que les observations dans notre propre univers peuvent fournir des preuves solides de l’existence d’autres univers « .
Permettez-moi de mettre les choses en perspective.

Le physicien théoricien a proposé des milliers d’idées pour ce qui aurait pu se passer dans l’univers primitif. Il y a de grosses franges, de gros rebonds, des collisions de son, des cosmologies de cordes, des cosmologies de boucles et toutes sortes de champs bizarres qui auraient pu ou non faire ceci ou cela. Tout cela n’est que pure spéculation, rien de tout cela n’est étayé par des preuves. La proposition Hartle-Hawking est l’une de ces spéculations.

La grande majorité de ces idées contiennent une phase d’inflation et toutes prédisent une polarisation CMB. Dans certains scénarios, le signal est plus grand que dans d’autres. Mais il n’y a même pas de prédiction spécifique pour la quantité de polarisation CMB dans l’article de Hawking. En fait, le papier ne contient même pas le mot « polarisation » ou « mode tenseur ».

L’affirmation selon laquelle la détection de la polarisation du CMB signifierait que le multivers existe a autant de sens que de prétendre que si je trouve une pièce de monnaie dans la rue, Bill Gates a dû passer par là. Et un essaim d’anges invisibles flottait autour de lui, jouant de la harpe et chantant « Ode To Joy ».

Au cas où cela serait trop métaphorique, permettez-moi de le dire une fois de plus, mais clairement. Hawking n’a pas trouvé une nouvelle façon de mesurer l’existence d’autres univers.

Stephen Hawking était aimé de tous ceux que je connaissais, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur de la communauté scientifique. C’était un grand homme sans aucun doute, mais ce document est tout à fait insignifiant.
Posted by Sabine Hossenfelder at 10:16 AM 23 comments : Labels : Papers, Science and Society
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Mercredi 14 mars 2018
Stephen Hawking meurt à 76 ans. Pourquoi était-il célèbre ?

Je me suis réveillé ce matin en apprenant la triste nouvelle de la mort de Stephen Hawking. Son livre de 1988 « A Brief History of Time » m’a d’abord intéressé par la physique, et j’ai fini par écrire à la fois ma thèse de diplôme et ma thèse de doctorat sur les trous noirs. Il est juste de dire que sans Hawking, ma vie aurait été complètement différente.

Alors que Hawking est devenu « officiellement célèbre » avec « A Brief History of Time, » parmi les physiciens, il était plus connu pour les théorèmes de singularité. Dans son travail des années 1960 avec Roger Penrose, Hawking a prouvé que les singularités se forment dans des conditions assez générales dans la Relativité Générale, et ils ont développé un cadre mathématique pour déterminer quand ces conditions sont remplies.

Avant les travaux de Hawking et Penrose, les physiciens avaient espéré que les singularités qui apparaissaient dans certaines solutions à la Relativité Générale étaient des curiosités mathématiques peu pertinentes pour la réalité physique. Mais les deux ont montré que ce n’était pas le cas, qu’au contraire, il est difficile d’éviter les singularités dans la Relativité Générale.
Grâce à ce travail séminal, les physiciens ont compris que les singularités de la Relativité Générale signalent la décomposition de la théorie dans les régions à haute densité énergétique. En 1973, avec George Ellis, Hawking a publié le livre « The Large Scale Structure of Space-Time » dans lequel ils ont exposé en détail le traitement mathématique. Encore aujourd’hui, c’est l’une des références les plus pertinentes dans le domaine.

Une étape un peu moins connue dans la carrière de Hawking est que déjà en 1971, il a écrit l’un des premiers articles sur l’analyse des signaux d’ondes gravitationnelles. Dans cet article, en collaboration avec Gary Gibbons, les auteurs ont proposé un moyen simple mais efficace d’extraire les signaux du bruit de fond.

Aussi Hawking – maintenant célèbre – théorème de surface pour les trous noirs est né de cet intérêt pour les ondes gravitationnelles, c’est pourquoi le papier est intitulé « Gravitational Radiation from Colliding Black Holes ». Ce théorème montre que lorsque deux horizons de trous noirs fusionnent, leur surface totale ne peut qu’augmenter. En cela, la zone des horizons des trous noirs ressemble à l’entropie des systèmes physiques.

Quelques années plus tard, en 1974, Hawking a publié un document de référence dans lequel il démontre que les trous noirs dégagent un rayonnement thermique, maintenant appelé  » rayonnement Hawking « . Cette évaporation des trous noirs entraîne le paradoxe de la perte d’information sur les trous noirs qui n’est pas encore résolu aujourd’hui. Le travail de Hawking a clairement démontré que la combinaison de la Relativité Générale avec les théories de champ quantique du modèle standard entraîne des problèmes. Comme les théorèmes de singularité, c’est un résultat qui n’indique pas simplement, mais prouve que nous avons besoin d’une théorie de la gravité quantique pour décrire la nature de manière cohérente.

Alors que l’article de 1974 a été précédé par la découverte de Bekenstein que les trous noirs ressemblent à des systèmes thermodynamiques, la dérivation de Hawking a été le point de départ d’innombrables révélations ultérieures. Grâce à elle, les physiciens comprennent aujourd’hui que les trous noirs sont un creuset pour de nombreux domaines de la physique – outre la relativité générale et la théorie des champs quantiques, il y a la thermodynamique et la mécanique statistique, ainsi que l’information quantique et la gravité quantique. N’oublions pas l’astrophysique, et mélangeons aussi une bonne dose de philosophie. En 2017, la « physique des trous noirs » pourrait être une sous-discipline à part entière – et peut-être qu’elle devrait l’être. Nous le devons en grande partie à Stephen Hawking.

Dans les années 1980, Hawking a travaillé avec Jim Hartle sur la proposition sans frontières selon laquelle notre univers a commencé dans un état sans temps. C’est une idée attrayante dont le temps n’est pas encore venu, mais je crois que cela pourrait changer d’ici une dizaine d’années.

Après cela, Hawking a essayé plusieurs fois de résoudre l’énigme de la perte d’information de trou noir qu’il s’est posé lui-même, hélas, sans succès. Il semble que le paradoxe qu’il a contribué à créer lui a finalement survécu.

En plus de son travail scientifique, Hawking a été un maître de la communication scientifique. En 1988, « A Brief History of Time » était un livre audacieux sur les idées abstraites dans un domaine marginal de la physique théorique. Hawking, à la surprise de tous, a prouvé que le public a un intérêt dans les problèmes ésotériques comme ce qui se passe si vous tombez dans un trou noir, ce qui s’est passé au Big Bang, ou si Dieu avait le choix quand il a créé les lois de la nature.

Depuis 1988, le paysage scientifique populaire a changé radicalement. Il y a plus de livres sur la physique théorique que jamais auparavant et ils sont lus plus largement que jamais. Je crois que Stephen Hawking a joué un grand rôle en encourageant d’autres scientifiques à écrire sur leurs propres recherches pour le public. C’était certainement une source d’inspiration pour moi.

By | 2018-04-07T04:55:13+00:00 avril 7th, 2018|Non classé|0 Comments

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