HAWKING STEPHEN WILLIAM (1942-2018)

La théorie physique générale

Stephen Hawking a travaillé presque exclusivement sur une théorie de la totalité. Il existe en physique quatre interactions fondamentales : la gravitation – qui est décrite par la relativité générale –, la force électromagnétique et les forces nucléaires forte et faible. Les physiciens avaient réussi à élaborer une théorie unique qui unifie l'électromagnétisme et les forces nucléaires forte et faible. Dans l'Univers primordial, jusqu'à un âge d’un millionième de millionième de seconde (10^–12 seconde), ces trois interactions étaient unifiées en une seule force quantique. Il s'agit de trouver une théorie physique cohérente qui unifie la relativité générale et les lois quantiques. On aboutirait alors à une théorie physique unique de la gravitation rendant compte simultanément de la gravitation, de l'électromagnétisme et des forces nucléaires. De plus, des constantes physiques comme la vitesse de la lumière ou la valeur de la constante universelle de la gravitation pourraient être calculées à partir des principes fondamentaux, alors que, jusqu'à présent, elles ne sont connues que par l'observation et la mesure.

Les recherches sur la gravitation quantique ont conduit Hawking pratiquement au commencement du temps. Il est déjà acquis que la théorie de la gravitation quantique fournit les lois qui gouvernèrent l'Univers entre le temps zéro et le temps 10^–43 seconde (après le big bang). Dans cet intervalle, toutes les propriétés fondamentales de l'espace-temps, la nature de l'Univers ainsi que celle des lois physiques sont définies.

Une conséquence de ces recherches est la proposition, formulée par Hawking et James B. Hartle (alors à l'université de Californie à Santa Barbara), que l'espace et le temps sont tous les deux d'extension finie, mais sans frontière ni borne. Dans un monde à trois dimensions, nous sommes familiarisés avec le fait que la surface de la Terre, qui est finie, n'a pas de frontière. Dans l'espace-temps compact à quatre dimensions de l'Univers primordial, la distinction entre l'espace et le temps est indécise, floue, et il n'existe aucune frontière. D'après Hawking, cela signifie que l'Univers peut être décrit par un modèle mathématique qui est complètement déterminé par les seules lois de la physique. Hawking et son école espèraient pouvoir formuler ce modèle unique. Ce à quoi il semble avoir renoncé en 2014.

Si une théorie unique apparaissait, permettrait-elle de tout prédire dans l'Univers, ce qui déterminerait la fin de la physique théorique ? Hawking répond à cette question par la négative. « Notre pouvoir de prédiction demeurera très limité, d'une part, par le principe d'incertitude (qui énonce que certaines grandeurs ne peuvent être déterminées exactement), d'autre part, à cause de la complexité des équations, qui les rend impossibles à résoudre, sauf dans les cas les plus simples. Nous sommes encore très éloignés de l'omniscience. »