8. Einstein-Hawking, l'Univers dévoilé (1_2) _ ARTE

On le croit régulier, comme les rouages d'une horloge. Un tic-tac qui rythme la marche constante de l'univers. Pourtant, le temps n'est pas immuable. Et ce constat permet d'accéder aux secrets de l'origine du monde. Les deux hommes qui ont contribué à dévoiler ces mystères sont liés par une curieuse coïncidence temporelle cosmique. Albert Einstein est né le 14 mars 1879 à Ulm, en Allemagne. Et c'est le 14 mars 2018 que Stephen Hawking est mort à Cambridge, en Angleterre. Il figure assurément parmi les plus grands savants de l'humanité. Et à eux deux, ils ont bouleversé notre conception du monde. On a du mal à imaginer à quoi le XXe siècle aurait ressemblé si Albert Einstein n'avait pas existé. Au début des années 1900, Albert Einstein a élaboré une théorie révolutionnaire qui a changé le cours de l'histoire. Son nom ? La théorie de la relativité. Beaucoup d'idées d'Einstein sont révolutionnaires. Certaines sont contre-intuitives. D'autres sont tout simplement renversantes. Les idées de génie du célèbre physicien ont permis une nouvelle compréhension de la nature de la réalité et ont redéfini les concepts de temps et d'espace. Ces travaux ont eu une influence décisive sur Stephen Hawking. Celui-ci va développer les idées de son aîné pour mettre en lumière les phénomènes les plus extraordinaires de l'univers. Les trous noirs sont plus étranges que tout ce qu'ont pu imaginer les auteurs de science-fiction. Et pourtant, ils correspondent à une réalité physique. Stephen Hawking est incroyablement novateur. Il est capable de faire des découvertes qui nous paraissent contre-intuitives et totalement improbables. Jusqu'à sa mort, il a chamboulé notre compréhension de l'univers. Stephen Hawking n'avait pas été aussi enthousiaste depuis 40 ans. C'est quand on résout un problème qu'il me manque le plus. J'aimerais pouvoir lui le dire. Voici comment ces deux scientifiques majeurs nous ont montré que l'univers est plus étrange et plus merveilleux qu'on ne l'aurait jamais imaginé. L'histoire commence dans cet appartement, à Berne, en Suisse. Albert Einstein y vit pendant deux ans avec sa première femme, une physicienne prénommée Emile Eva, et y mène ses travaux les plus importants. On ne peut qu'imaginer les conversations et les moments de génie dont ses murs ont été témoins. Pourtant, lorsqu'il arrive ici en 1903, rien ne semble le destiner à une grande carrière. En effet, le parcours du jeune Albert est jusque-là loin d'avoir été exemplaire. C'était un enfant assez inhabituel. Il a commencé à parler très tard. Et pendant longtemps, ses parents se sont inquiétés pour lui. Très tôt, il a fait preuve d'indépendance d'esprit. A l'école, il se concentrait sur les matières qui captivaient son imagination et négligeait celles qui lui paraissaient secondaires. Il se disputait souvent avec ses professeurs. Il a obtenu son diplôme universitaire de justesse et après la fac, il a eu du mal à trouver un poste. Il a fini par dénicher un emploi comme expert technique de 3e classe à l'Office des brevets de Berne, en Suisse. Il a commencé tout en bas de l'échelle. En 1903, Albert Einstein, l'élève qui n'avait pas dévoilé tout son potentiel au lycée, a décroché un emploi sans avenir. Mais cela va s'avérer une bénédiction. C'était un métier parfait pour lui. Il faisait son travail, il était payé et à côté, il consacrait tout son temps à la physique. Il avait tout le loisir de réfléchir et c'est l'humanité entière qui en a bénéficié. Stephen Hawking naît le 8 janvier 1942 à Oxford, en Angleterre. 300 ans, jour pour jour, après la mort de Galilée. Contrairement à Einstein, il excelle très tôt dans ses études. Devenu un chercheur reconnu, il accède à la notoriété en 1984 avec la publication de son ouvrage intitulé Une brève histoire du temps. Son objectif est de diffuser les théories d'Albert Einstein auprès d'un plus large public. Stephen Hawking est un être fascinant. On ne saurait exagérer la puissance de son intelligence. C'est un homme complexe, un personnage complexe. Stephen aimait la vie. Il m'a emmené en Antarctique. Il s'est offert un vol parabolique pour tester la pesanteur. Il profitait pleinement de la vie. Au lycée, ses camarades de classe le surnommaient Einstein. A l'université, il est partisan du moindre effort. A l'époque, le cours de physique à Oxford était ridiculement facile. Il n'y avait pas grand-chose à mémoriser, juste quelques équations. Mais en 1962, alors que Stephen a tout juste 20 ans, son insouciance est brutalement mise à mal. Les médecins lui diagnostiquent la maladie de Charcot et ne lui donnent que deux ans à vivre. Au début, j'étais déprimé. Mon état semblait empirer rapidement. Mais Stephen Hawking n'est pas du genre à se laisser abattre. Stephen était l'homme le plus têtu que je connaisse. Il était hors de question que son handicap physique l'empêche de faire quoi que ce soit. Par la puissance de sa pensée, l'astrophysicien voyage à travers l'univers, jusqu'aux confins de l'espace et du temps. Je suis plus heureux aujourd'hui. Avant d'avoir la maladie de Charcot, je m'ennuyais profondément. Mais la perspective de mourir prématurément m'a fait réaliser la vraie valeur de la vie. Stephen Hawking et Albert Einstein ne se sont jamais rencontrés. Mais ils ont en commun leur capacité à conceptualiser l'univers de façon radicalement nouvelle. Et cette nouvelle perception de la réalité émerge en Suisse en 1905. 1905, pour nous, physiciens, c'est l'année des miracles. Cette année-là, il a rédigé quatre articles, tous dignes d'un prix Nobel. En mai cette année-là, Albert Einstein écrit à un ami. « Je vous promets quatre articles. Le premier porte sur le rayonnement et les propriétés énergétiques de la lumière. Le deuxième est une détermination de la taille réelle de l'atome. » Le troisième article explique le mouvement des particules dans un fluide. Le quatrième, qui expose la théorie de la relativité restreinte, va changer la face du monde. « Le quatrième est une modification de la théorie de l'espace et du temps. » Comme l'a écrit le chercheur, c'est cette horloge médiévale de Bern qui lui a inspiré sa réflexion sur la nature du temps. Concept qui nous sert à mesurer les jours et les années, le temps est le seul repère que l'on considère comme constant et immuable. Einstein va nous montrer à quel point nous sommes dans l'erreur. Le jeune physicien publie son article le 26 septembre 1905. C'est le début de la révolution relativiste. Rien ne sera plus jamais pareil. « Il y a un avant et un après relativité. Une fois que vous avez intégré cette notion, votre vision du monde change. Le monde a changé pour la communauté scientifique. » On a pu voir de quoi le cerveau humain est capable quand toutes les pièces du puzzle s'assemblent correctement. Beaucoup d'idées d'Einstein sont révolutionnaires. Certaines sont contre-intuitives. D'autres sont tout simplement renversantes. Elles reflètent une réalité qu'Einstein avait très bien comprise, à savoir que les phénomènes qui se produisent au niveau de la structure de l'univers sont très différents de ce que perçoivent nos sens. Pour saisir comment Einstein a modifié le concept de temps, il nous faut d'abord comprendre un élément essentiel à propos de la lumière et de la façon dont nous voyons le monde. Dans le monde qui nous entoure, tout se déplace sensiblement de la même manière, à l'exception de la lumière. Et je vais utiliser ce lanceur de balles de tennis pour vous expliquer ce que j'entends par là. Quand je lance des balles depuis l'arrière d'un véhicule à l'arrêt, elles jaillissent à 40 km heure. Maintenant, écoutez bien. Que ce soit moi qui me trouve à l'arrière du véhicule ou un observateur immobile au sol, tout le monde voit la même chose. Les balles sont propulsées de la même manière. Mais les choses changent si la voiture se met à rouler. Lorsqu'on accélère, le mouvement de la voiture affecte la trajectoire apparente des balles. Pour un observateur à l'arrière du véhicule, les balles semblent se déplacer à la même vitesse et emprunter le même chemin. Mais un observateur au sol voit tout autre chose. Pour lui, les balles vont bien moins loin. Et quand la vitesse de la voiture est égale à la vitesse des balles, il n'a pas l'impression qu'elles sont propulsées. Pour cet observateur stationnaire, les balles tombent directement sur le sol. Comme on dit, tout est relatif. Dans l'univers, tout se comporte ainsi, hormis la lumière. Peu importe l'endroit où vous êtes ou la vitesse à laquelle vous vous déplacez, vous verrez toujours la lumière se propager à la même vitesse. Einstein s'est appuyé sur ce fait pour redéfinir la notion de temps. Le premier problème qui a suscité une réflexion chez Einstein concernait la lumière et sa vitesse. La vitesse de la lumière ne semblait pas se comporter de la même façon que celle d'objets ordinaires, comme une balle de baseball ou tout autre objet susceptible d'être lancé. Einstein s'est dit qu'on ne comprenait peut-être pas si bien que ça la lumière. Le physicien sait que s'il réussit à établir les propriétés de la lumière, il pourra décrypter le fonctionnement de l'univers. Et il va y parvenir par une expérience de pensée qui, si elle semble simple, ne l'est pas vraiment. Il s'imagine debout sur la plateforme d'un train tenant une horloge qui utilise la lumière pour indiquer l'heure. Chaque tic de l'horloge correspond à un aller-retour complet d'un photon entre deux miroirs. À bord d'un train voisin, une horloge identique avance au même rythme. Einstein imagine alors que son train se mette en marche. Il réalise qu'en pareil cas, il verra l'horloge en mouvement se comporter très différemment. Lorsque le train avance, Einstein ne voit pas seulement le photon rebondir de haut en bas. Il le voit également se mouvoir en diagonale. Le photon effectue un plus long trajet. Or, la vitesse de la lumière étant constante, chaque tic semble durer plus longtemps. Pour Einstein, l'explication est simple. Le temps s'écoule plus lentement dans le train en mouvement. Et plus le train va vite, plus le temps est ralenti. Voilà qui est stupéfiant. D'après le théoricien, le temps ne s'écoule pas de façon uniforme. Il est relatif. Il peut s'accélérer ou ralentir selon la façon dont on se déplace. On est tous habitués à une notion intuitive du temps qui s'écoule de la même manière, où qu'on soit, quoi qu'on fasse, et quelle que soit notre vitesse de déplacement. A nos yeux, ça n'a pas d'impact sur le rythme auquel nos horloges égrènent leurs secondes. Certes, nous dit Einstein, c'est notre expérience quotidienne du temps, mais notre vision du temps est trompeuse. Mais le génie d'Einstein va au-delà de simples expériences de pensée. Il réussit à confirmer ces théories à l'aide des mathématiques. Dans cette équation mathématique, Einstein a pu retranscrire l'effet du ralentissement des horloges en mouvement, et cet effet est vraiment spectaculaire. Sur ce graphe, on constate que si la vitesse du train est faible par rapport à la vitesse de la lumière, il n'y a presque pas de différence, les deux temps sont équivalents. Mais si on s'approche de la vitesse de la lumière, la courbe monte en flèche et l'effet devient spectaculaire. À 50 % de la vitesse de la lumière, un jour dans le train équivaut à 1,15 jour sur le quai. À 75 %, on passe déjà à un jour et demi. À 99 %, à une semaine. Et à 99 % et 12,9 après la virgule, un jour dans le train équivaut à 20 000 ans sur le quai. La dilatation du temps ne concerne pas seulement les horloges de lumière d'Einstein. Nous en ressentirions également les effets si nous pouvions voyager assez vite. Einstein l'explique en prenant comme exemple des jumeaux. Il affirme que si l'un d'eux quittait la Terre dans un vaisseau spatial voyageant à très grande vitesse, le temps passerait plus lentement pour lui et il vieillirait bien moins que son jumeau resté sur Terre. Si vous vous rendez sur l'étoile la plus proche à 99 % de la vitesse de la lumière, le voyage ne vous semblera pas si long que ça. Par contre, si vous revenez sur Terre, tous vos amis seront morts, car pour eux, beaucoup d'années se seront écoulées. L'idée peut paraître extravagante, mais l'expérience a été réalisée pour de vrai. La NASA emploie deux vrais jumeaux, les astronautes Mark et Scott Kelly. En fait, on a échangé nos étiquettes, véridiques. Un de vous deux s'est rasé la moustache ? Oui, moi. En 2015, Scott a passé un an à bord de la Station spatiale internationale orbitant à plus de 25 000 km heure, tandis que Mark est resté au sol. Quand il est revenu sur Terre, Scott était plus jeune que son frère, de 5 millisecondes. En principe, la dilatation du temps devrait nous permettre d'explorer l'univers, de parcourir de grandes distances sans vieillir et de ne pas mourir avant d'arriver à destination. Donc, en principe, c'est un avantage. La théorie de la relativité restreinte d'Einstein pourrait constituer un atout essentiel à l'heure de quitter la Terre pour explorer le cosmos. Mais pour conquérir les étoiles, il faudrait inventer un moyen de voyager à une vitesse proche de celle de la lumière. Une idée chère à Stephen Hawking. Bon après-midi. Nous sommes ici aujourd'hui pour parler de Breakthrough Starshot et de notre avenir dans l'espace. En 2016, en collaboration avec le milliardaire Yuri Milner, le cosmologiste lance un projet baptisé Breakthrough Starshot. Je crois que ce qui nous rend uniques, c'est notre aptitude à transcender nos limites. Celle à laquelle nous sommes confrontés actuellement est le vide qui nous sépare des étoiles. Mais nous pouvons aujourd'hui la transcender. Aujourd'hui, nous engageons ce grand saut dans le cosmos parce que nous sommes humains et que notre nature est de voler. L'objectif de la mission Starshot est de concevoir le premier engin spatial capable de voyager à une fraction non négligeable de la vitesse de la lumière. En Virginie, l'ingénieur aérospatial Zach Manchester tente de faire du rêve de Stephen Hawking une réalité. Dans les années 1960, le centre spatial de l'île de Wallops servait à tester les modules des premiers vols spatiaux habités qui ouvriraient la voie à l'exploration lunaire. Nous choisissons d'aller à la Lune. Voici le lanceur Antares. Au sommet, derrière le drapeau, vous avez une capsule appelée Cygnus. Et à l'arrière de cette capsule, dans un coffre, se trouve la sonde que j'ai construite. Malheureusement, la météo n'est pas terrible. Les deux ou trois dernières fois que j'ai voulu assister à des lancements, ça a été pareil. Je n'ai encore vu décoller aucune de mes sondes. Ce vaisseau sera la première application d'un tout nouveau concept de voyage spatial. Et nous rapprochera un peu plus du rêve de Stephen Hawking. Lors de cette mission, on va tester cette petite sonde, appelée Sprite, la plus petite sonde spatiale du monde. Elle mesure 3,5 cm de côté et pèse 4 grammes. C'est juste un petit circuit imprimé, avec ici un mini-ordinateur ou microcontrôleur, un émetteur-récepteur, une antenne ici pour la radio et deux capteurs. L'objectif, si ce lanceur décolle, est d'en déployer une centaine sur une orbite terrestre basse. Elles vont former un réseau et transmettre au sol les données des capteurs. Si la mission réussit, nous pourrions, dans quelques années, envoyer des sondes comme celle-ci à travers l'univers. Elles voyageront un millier de fois plus vite que tous les engins spatiaux construits jusqu'alors. On aimerait être capables d'envoyer des sondes jusqu'au système stellaire voisin, jusqu'aux étoiles. L'étoile la plus proche de nous s'appelle Proxima du Centaure. Elle se trouve à 4 années-lumière de la Terre. Avec nos fusées classiques, il faudrait 10 000 ans pour l'atteindre. On a donc imaginé un autre système. On va fabriquer un gigantesque laser au sol. Il mesurera un kilomètre de diamètre et aura une puissance d'une centaine de gigawatts. Puis, on va construire une sonde légère et très petite qui sera propulsée par ce laser. Si on propulse un sprite avec ce laser de 100 gigawatts, on peut lui faire subir l'accélération d'un boulet de canon, soit 60 000 G. Et en quelques minutes, il pourra atteindre une vitesse de 20 % de celle de la lumière. À 20 % de la vitesse de la lumière, l'effet de dilatation temporelle décrit par Einstein commencera à se manifester. Le temps s'écoulera plus lentement sur la sonde que pour des observateurs terrestres. Il faudra attendre longtemps avant de voir les résultats. À 4 années-lumière, les signaux mettent 4 ans pour nous parvenir. En tout, cette mission pourrait durer 25 ans. Ce n'est pas si long comparé aux missions actuelles vers le système solaire externe. Quelques heures plus tard, les nuages se dissipent et le lanceur s'élève dans les airs. Avec Sprite, peut-être avons-nous fait notre premier grand saut vers les étoiles. Ce voyage pourrait un jour nous permettre d'envoyer des hommes explorer l'univers. Une aventure initiée par Stephen Hawking et inspirée par Albert Einstein. En 1909, la réputation d'Albert Einstein grandit. Il est nommé professeur à l'université de Zurich. Il s'attèle à la deuxième phase de sa mission qui n'est rien de moins que révolutionner notre vision du monde. Il va réécrire les lois de la gravité avec sa nouvelle théorie de la relativité générale. Einstein sait que l'espace et le temps font partie de la même structure. L'univers entier s'apparente à une toile à 4 dimensions combinant le temps et les 3 dimensions de l'espace. Cette entité s'appelle l'espace-temps et le physicien réalise que sa principale propriété est de pouvoir se déformer et se courber. Einstein a eu un éclair de génie en associant la relativité générale au concept de courbure de l'espace-temps. La relativité générale attribue une forme à l'espace et au temps. L'idée de base d'Einstein, c'est d'assimiler l'espace à une sorte de toile. En l'absence de matière ou d'énergie, cette toile est lisse et plane. Les corps évoluant dans l'espace avancent en ligne droite. Il n'y a rien de bien compliqué là-dedans. Maintenant, l'idée clé, c'est qu'en présence d'un corps massif dans l'espace, le Soleil par exemple, ce corps, par sa seule présence dans l'environnement, va déformer la toile. Un autre corps, mettons que ce soit une planète, va alors adopter une trajectoire incurvée et se placer en orbite. Pourquoi ? Parce qu'il suit la courbure de l'espace créée par la masse du Soleil. C'est ainsi qu'agit la force de gravité. C'est l'espace lui-même qui confère aux planètes ces belles trajectoires incurvées. Voilà en substance l'idée développée par Einstein dans sa théorie générale de la relativité. Ce concept paraît simple et facile à visualiser en deux dimensions. Mais l'espace ne comporte pas seulement deux dimensions, ni même trois dimensions. C'est une trame déformée à quatre dimensions engendrant des formes complexes a priori impossibles à visualiser. Là encore, pour compléter sa théorie, Einstein recourt aux mathématiques. Einstein parvient à traduire la courbure de l'espace et du temps dans une équation mathématique. Et cette équation est belle et élégante. À gauche, vous avez la courbure, la géométrie de l'espace-temps. À droite, la distribution de l'énergie et de la matière. En gros, du côté gauche, on a les mathématiques et du côté droit, la physique. Ce qui est remarquable, c'est que les deux soient reliés par une équation. Que traduit-elle ? La matière dicte à l'espace-temps comment il doit se courber et l'espace-temps dicte à la matière comment elle doit se mouvoir. Pour moi, cette formule nous rappelle à quel point l'univers est élégant et simple. Pourtant, lorsqu'Einstein publie son article en 1915, celui-ci passe presque inaperçu. À l'époque, l'Europe était en guerre depuis plus d'un an. Les lignes de communication étaient coupées, par exemple entre la Grande-Bretagne et l'Allemagne. On était enlisés dans la guerre des tranchées, la guerre paraissait interminable. L'article n'a donc pas été perçu comme une grande avancée, en partie parce que beaucoup de gens ne recevaient pas les nouvelles. La théorie d'Einstein aurait pu tomber dans l'oubli pendant des dizaines d'années, sans les travaux innovants d'un astronome anglais, Arthur Eddington. En 1919, ce dernier organise une expédition vers l'île tropicale de Principes dans l'océan Atlantique pour y photographier une éclipse solaire. La théorie d'Einstein prédisait que la courbure de l'espace-temps affectait également la trajectoire de la lumière et que des corps massifs comme notre Soleil pouvaient agir comme une lentille optique faisant dévier la lumière autour d'eux. Les photos de l'éclipse prises par Arthur Eddington montrent que des étoiles de l'amas des yad semblent ne pas être à leur position habituelle. La lumière provenant de ces astres a bien été déviée. Ces observations valident la théorie d'Einstein, et cette fois, elles arrivent à point nommé. Einstein est devenue une célébrité du jour au lendemain. La nouvelle a fait la une du London Times, du New York Times, elle a été saluée en Inde, au Japon. C'est cette annonce de novembre 1919 qui a fait d'Einstein le personnage qui nous est si familier. Aujourd'hui, on peut acheter des T-shirts, des mugs et toutes sortes d'objets à son effigie. Einstein est devenu une célébrité mondiale, le scientifique le plus connu de tous les temps. Avec ce concept de déformation de l'espace-temps, le savant a révolutionné notre compréhension du cosmos. Dans les années 1960 et 1970, un groupe de jeunes scientifiques, dont Stephen Hawking, reprennent ses idées pour expliquer les phénomènes les plus extrêmes de l'univers. Einstein a formulé sa théorie en 1915, mais c'est resté pendant longtemps une toute petite partie de la physique théorique. Il a fallu attendre les années 1960 pour que des gens comme Hawking se creusent la tête pour comprendre comment fonctionne la relativité générale. On a compris toutes sortes d'aspects qu'Einstein n'avait pas abordés. La première fois que j'ai rencontré Stephen, je crois que c'était en juin 1965. A l'époque, il préparait sa thèse de doctorat. Il marchait avec une canne. Il avait déjà du mal à parler, mais on le comprenait. Il donnait un séminaire sur ses travaux. Il a présenté ses réflexions sur la naissance de l'univers. D'après les observations, on supposait qu'il y avait eu un Big Bang, mais on n'avait aucune preuve tangible, et Stephen a réussi à prouver, à l'aide des mathématiques, que cet événement s'était bel et bien produit. La théorie du Big Bang était débattue depuis des dizaines d'années. Elle était apparue peu après la théorie de la relativité générale qu'avait développée Einstein. Ce qui est merveilleux en physique, c'est qu'une fois que vous proposez une théorie correcte, elle ne vous appartient plus. Elle est à la disposition des autres. Quand vous écrivez un roman, c'est différent. Ça reste le vôtre. Si Einstein a conçu sa théorie, il est certain que beaucoup de gens ont compris et utilisé ses équations mieux que lui. En explorant la théorie d'Einstein, d'autres scientifiques ont découvert qu'elle était plus puissante que lui-même ne l'aurait jamais imaginée. Elle ne nous dévoile pas seulement la structure de l'univers. Elle pourrait bien également en révéler l'histoire. En 1927, un prêtre et mathématicien belge du nom de Georges Lemaitre va chercher à décrire la géométrie globale de l'univers à partir des équations d'Einstein. À cet effet, il a besoin de connaître la répartition de la matière. Le plus simple, quand on travaille sur l'univers entier, est de formuler une hypothèse osée. À savoir que la matière y est distribuée de manière uniforme. Toutes les parties de l'univers sont semblables les unes aux autres, comme ce désert de dunes de sable qui s'étend derrière moi. Chaque partie de désert est semblable à n'importe quelle autre partie de désert. D'après nos observations, c'est une très bonne hypothèse, car à grande échelle, les galaxies sont uniformément réparties dans l'univers. Mais lorsqu'il modélise cet univers uniforme à l'aide des équations d'Einstein, Georges Lemaitre fait une découverte surprenante. Quelles que soient les valeurs utilisées, il n'existe aucune solution stable. L'univers est en contraction, ou plus probablement en expansion. Les travaux de Georges Lemaitre ont d'énormes implications. L'univers s'étend. Et si on remonte le temps, on s'aperçoit que dans le passé, l'univers était forcément plus petit. Georges Lemaitre a pris conscience que si on remontait suffisamment loin en arrière, toute la matière de l'univers devait être concentrée en un seul point. Ce point, qu'il a baptisé oeuvre cosmique, représente le début de l'univers, ce qu'on appelle aujourd'hui le Big Bang. En découvrant le Big Bang, Georges Lemaitre, prêtre catholique, définit le commencement du monde. L'idée déplait à bon nombre de gens, parmi lesquels Albert Einstein. Einstein, comme la plupart des gens, avait des hypothèses non formulées. Sur ce qu'ils considéraient comme naturel ou rationnel dans l'univers. Tous les grands astronomes et cosmologistes étaient absolument convaincus qu'on vivait dans un univers statique. Pas d'expansion, pas de contraction. L'univers, contrairement à d'autres choses, n'avait ni début, ni milieu, ni fin. Quand il y a un début, on doit se demander ce qu'il y a eu avant ou comment les choses ont commencé. Alors Einstein s'est dit, évitons la discussion en disant qu'il n'y a pas eu de début, l'univers a toujours existé et existera toujours. Ces équations semblaient suggérer que l'univers évolue, comme presque toute chose, qu'il aurait eu un début et qu'il pourrait avoir une fin. Il a refusé de l'admettre. La grande question des années 1920 est de savoir dans quel univers nous vivons. L'univers en expansion de Georges Lemaitre ou l'univers stable d'Einstein ? La réponse est fournie en 1929 par ce qui constitue à l'époque le plus grand télescope du monde, celui du Mount Wilson, près de Los Angeles. En étudiant les galaxies lointaines, l'astronome américain Edwin Hubble découvre qu'elles s'éloignent presque toutes de la Terre. Il constate que plus elles sont loin, plus elles s'éloignent vite. Cette observation prouve à elle seule que l'univers est en expansion. À cet instant, Einstein s'est frappé le front en se disant « Pourquoi n'ai-je pas cru les prédictions des équations de la relativité générale ? » En principe, il aurait pu prédire ce phénomène une douzaine d'années plus tôt. Face aux preuves de l'astronome, Einstein reconnaît son tort. « C'est la plus grande erreur de ma vie », concèdera-t-il. Il disait « Qu'importe si mon nom figure sur des articles erronés, mon nom est dans plein d'entre eux. » Il n'avait pas peur de se tromper. Je pense qu'il a parlé de grande erreur parce que ce genre d'opposition ne lui ressemblait pas. Stephen Hawking est apparu sur la scène internationale avec un article présentant une preuve théorique de l'existence du Big Bang. Mais son travail le plus remarquable est consacré au phénomène les plus extraordinaire du cosmos, les trous noirs. On dit que la réalité est parfois plus étrange que la fiction. C'est « on ne peut plus vrai » dans le cas des trous noirs. Il y a littéralement des trous dans l'espace dans lesquels la matière peut tomber et dont elle ne peut ressortir. Il existe des régions dans lesquelles le champ de gravitation est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut s'en échapper. Les trous noirs ont été décrits pour la première fois en 1916. Envoyé au front durant la Première Guerre mondiale, un officier d'artillerie allemand du nom de Karl Schwarzschild joue avec les équations d'Einstein pour voir jusqu'où il peut étirer l'espace-temps. Il découvre que plus la densité de la matière est importante, plus l'espace-temps se déforme. Si l'on comprime un objet de la taille du Soleil dans une sphère de 3 km de diamètre, on engendre une courbure infiniment grande de l'espace-temps, une sorte de trou. À l'intérieur de ce trou, les lois de la physique que nous connaissons ne s'appliquent plus. Et à sa frontière, le temps s'arrête et l'espace s'étend indéfiniment. Mais il semblait inconcevable qu'une telle quantité de matière puisse tenir dans un espace aussi restreint. Albert Einstein a écrit un article en 1939 où il affirmait que la matière ne peut être comprimée au-delà d'un certain seuil. Je pense qu'il est mort en pensant que les trous noirs n'étaient pas réels. Au seuil de la Seconde Guerre mondiale, les scientifiques découvrent ce qu'il advient des étoiles en fin de vie. Pendant la plus grande partie de la vie d'une étoile ordinaire, soit des milliards d'années, il règne un équilibre entre la gravité et la pression thermique liée aux réactions nucléaires qui convertissent l'hydrogène en hélium. Mais il arrive un moment où le carburant nucléaire s'épuise. Lorsqu'une étoile a épuisé son combustible, elle ne peut plus lutter contre la gravité. Les étoiles massives s'effondrent et produisent une explosion colossale appelée supernova. Le cœur forme un résidu compact. Ces étoiles à neutrons ont la même masse que notre Soleil, mais celle-ci est comprimée dans une sphère d'à peine 10 km de diamètre. Toutefois, ces astres ne sont pas les objets les plus extrêmes présents dans l'Univers, car il existe des étoiles bien plus massives appelées elles aussi à mourir un jour. Quel peut bien être le sort de ces innombrables étoiles, plus massives qu'une étoile à neutrons, une fois qu'elles ont épuisé leur combustible ? Elles pourraient se contracter jusqu'à devenir un point de densité infini, un trou noir. Lors de la mort d'étoiles supermassives, se déclenche un mécanisme par lequel des trous noirs pourraient bien se former. Il en existerait des millions dans l'Univers. Pourtant, personne n'a jamais observé de trous noirs, ni même d'étoiles à neutrons. Trop petits et trop lointains, ils sont impossibles à détecter à l'aide des télescopes ordinaires. Mais une nouvelle technologie se développe. Voici l'Observatoire de Radioastronomie Mullard à Cambridge. Au début des années 1960, les radiotélescopes comme celui-ci révèlent de toutes nouvelles régions célestes qu'on ne pouvait observer avec les télescopes optiques. En 1965, Jocelyne Bell, jeune étudiante en thèse de 24 ans, participe à la construction d'un nouveau radiotélescope appelé IPS ERAE. On était environ une demi-douzaine. On a passé deux ans à le construire. Un grand nombre de poteaux en bois, plus d'un millier. Et dans les 250 km de fils et de câbles. C'était un travail très physique. À la fin de mon doctorat, je maniais très bien le marteau. Les données du radiotélescope étaient transférées dans cette cahute. Où elles étaient imprimées sur de longs rouleaux de papier. Une cinquantaine de mètres de relevés par jour. Les signaux que Jocelyne Bell découvre sur le papier vont changer à jamais notre compréhension de l'univers. Voici un fragment du relevé original. C'est presque illisible tel quel. La première chose qu'on a donc décidé de faire, c'est d'augmenter la vitesse de défilement du papier pour disposer d'une vue élargie. Et on a finalement obtenu cette séquence de bip-bip-bip-bip-bip-bip. Le défi consiste alors à identifier la source de ces mystérieux signaux radio. Les impulsions étaient courtes et bien marquées. Ces objets devaient donc être petits. Deuxième chose qu'on a très vite établie, ces impulsions étaient d'une régularité extrême. Elles ne faiblissaient pas, ce qui signifiait que l'objet avait de grandes réserves d'énergie, qu'il était gros. Donc il était petit, mais gros. Pour être plus précis, il était de petite taille, mais très massif. Donc très dense. C'est le premier pulsar. CP 1919. C'est ce qu'on entend quand on écoute le signal radio. Il tourne. Jocelyne a découvert une nouvelle classe d'étoiles exotiques. Ces petits objets extrêmement denses n'émettent aucune lumière visible. Ils tournent à très grande vitesse, émettant des faisceaux d'ondes radio à la manière d'un phare. Ils sont baptisés pulsars. C'est l'étoile entière qui tourne à ce rythme. Et certaines sont encore plus rapides. Le pulsar le plus rapide fait le bruit d'un mixeur de cuisine. Il effectue 700 révolutions par seconde. Difficile à imaginer. La doctorante et son superviseur réalisent que l'existence des pulsars avait été prédite. Ces astres sont des étoiles à neutrons qui se forment suite à l'effondrement d'étoiles mourantes. C'est une découverte majeure. C'était passionnant, car si ces étoiles à neutrons, qui sont des étoiles mortes, un état de matière extrêmement dense, si ces étoiles existaient réellement, si on pouvait les voir, alors c'était peut-être aussi le cas des trous noirs, car ils correspondent à l'étape suivante dans le cimetière astronomique. Pour la première fois, il semble que les trous noirs puissent bel et bien exister. Et ce constat suscite l'intérêt de Stephen Hawking et de la nouvelle génération de physiciens. Pour nous, ça a été l'âge d'or. Sous la houlette de Stephen Hawking, on a élaboré la théorie des trous noirs. On arrive à l'équation la plus célèbre d'Einstein. E égale mc². Telle est la puissance de E égale mc². Hawking fait une découverte étonnante. Les trous noirs pourraient s'évaporer. C'était une idée absolument incroyable.