Mise à jour 26 Octobre 2019
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
« L’UNIVERS SELON STEPHEN HAWKING »
Par Jean Pierre LUMINET
Astrophysicien, Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM)
Centre de Physique Théorique (CPT)
& Observatoire de Paris (LUTH)
Au CNAM 292 rue St Martin Paris 3ème.
Le Mercredi 9 Octobre à 19H00 Amphi Abbé Grégoire.
Photos : JPM pour l'ambiance
(les photos avec plus de résolution peuvent
m'être demandées
directement)
Les photos des slides sont de
la présentation de l'auteur. Voir
les crédits des autres photos et des animations.
Le conférencier a eu la
gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur
ma liaison ftp et se nomme :
JPL-SHawking2019-SAF.pdf, qui se trouve dans le dossier
CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2019-2020.
Ceux qui n'ont pas les mots de
passe doivent me
contacter avant.
Cette conférence a été filmée
en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV, merci à Laurent Dongé) et est accessible
sur Internet
On la trouve à cette adresse https://www.youtube.com/playlist?list=PLM_NLeMfZ9ToBRz_lMSC6ag0P5c4pOEgL
JPL bien connu de tous, nous
fait le plaisir de venir en région parisienne pour nous donner une super
conférence sur Stephen Hawking et ses découvertes un an après la disparition du
célèbre cosmologiste.
Il fait le point sur ses divers
travaux sur le dernier demi-siècle.
S Hawking (SH) est né (8
janvier 1942) comme il le disait malicieusement 300 ans après la mort de
Galilée, il meurt le 14 Mars 2018 jour anniversaire de la naissance d’Albert E.
JPL prend connaissance des
travaux de SH dès 1975 à la Fac de Montpellier puis à Meudon.
SH soufre depuis sa jeunesse de
la maladie de Charcot qui attaque toutes les fonctions nerveuses, il va
progressivement ne plus pouvoir bouger aucune partie de son individu.
En 1976 JPL obtient une bourse
pour aller travailler à Cambridge où il va rencontrer SH.
Stephen se trouve de plus en
plus bloqué dans son fauteuil qui va devenir son emblème. Pourtant il devient
prof de mathématique à Cambridge occupant la célèbre chaire Lucasienne occupée
jadis par Newton.
En 1986 il participe au
colloque de Meudon (NdlR : nous en avions parlé
à l’école Chalonge)
En 1988 il devient célèbre
auprès du grand public en publiant « Une
brève histoire du Temps », où il rend la cosmologie accessible à (presque)
tous.
En 1992 la Télé française
publie un reportage de B Pivot sur lui.
JPL le rencontrera
personnellement encore une fois
à Ajaccio en 2007.
LES
TRAVAUX DE STEPHEN HAWKING.
SH est obsédé par le Temps,
est-il éternel ?
Comment rendre compatible les
deux grandes théories régissant l’Univers : celle de l’infiniment petit, la
Mécanique Quantique (MQ) et celle de l’infiniment grand, la Relativité Générale
(RG) ?
Et bien entendu un domaine qui
va le rendre célèbre : les trous noirs !
Les
étoiles massives ont une fin de vie qui mène à un effondrement maximum, elles
peuvent devenir des trous noirs, zone d’où même la lumière ne peut s’échapper.
La limite à partir de laquelle tout est happé irrémédiablement s’appelle
l’horizon des évènements.
C’est dans les années 1960 que
SH et R Penrose ont montré que cet effondrement menait à ce que l’on appelle en
mathématique une
singularité.
Au-delà de cet horizon, ce
serait la « fin du Temps », alors que la singularité du BB serait le « début du
Temps ».
Déjà G Lemaître avait travaillé
sur ces singularités dès 1933.
LA
THÉORIE DES TROUS NOIRS.
Les TN classiques sont définis
par :
·
Leur Masse
·
Leur Moment
angulaire et
·
Leur charge
(généralement neutre)
Un TN est donc un objet
extrêmement simple et « lisse », ce que
John Wheeler,
fervent amateur d’expressions savoureuses, traduisit par : un TN n’a pas de
cheveux ! (black holes have no hair !).
C’est ce que l’on appelle le
théorème d’unicité des trous noirs, y ont participé ; Hawking, B Carter etW
Israël dans les années 1970.
En 1971, Stephen Hawking prouve
que l’aire d’un trou noir ne peut pas décroitre et que sa valeur est donnée par
la formule ci-contre.
L’aire d’un trou noir croit
avec sa masse.
Comme l’entropie, qui ne peut
que croitre au cours du temps.
L’entropie de deux trous noirs
qui fusionnent est supérieure à la somme des entropies individuelles. (SH et
Christodolou en 1970).
SH s’est ensuite intéressé à la
thermodynamique des TN.
Jacob Bekenstein suggère
une entropie proportionnelle à l’aire du trou noir.
Il réconcilie le conflit entre
l’irréversibilité classique et quantique des TN.
Mais un TN absorbe tout et
n’émet rien ! Que devient l’information lorsque le TN s’évapore ?
Le paradoxe de l’information
quantique : L’évaporation des TN :
Que devient donc l’information
:
·
Si elle
disparaît avec le TN : cela viole les règles de la MQ
·
Si elle est
émise comme radiation de Hawking, cela viole aussi les règles de la MQ
Mais si le TN possède une
entropie, il doit être capable de rayonner !
C’est l’évaporation quantique
des TN.
Le vide est un endroit qui est
tout sauf vide !
En effet il s'y crée en
permanence des paires de particules/antiparticules (celles-ci sont appelées des
particules virtuelles, car on ne peut pas les observer directement avec un
détecteur) pour de brefs instants.
Il est possible qu’une paire
particule/antiparticule se forme de part et d’autre de l’horizon d’un trou noir
(en gris) ; il est donc possible qu’une des particules puisse échapper au champ
gravitationnel tandis que l’autre reste prisonnière.
C’est le
rayonnement de Hawking.
L’évaporation est négligeable
pour le TN massifs, mais SH a montré qu’elle serait importante pour les tout
petits TN (les TN primordiaux) et peu massifs. Ils auraient pu se former au
moment du BB. Ces micro-trous noirs auraient été créés immédiatement après le
Big Bang, pendant le temps de Planck (10-43 sec).
Que remarque-t-on ?
·
Plus le trou
noir est petit et plus il s’évapore vite et
·
Plus la
température est élevée.
Les micro TN pourraient
s’évaporer dans une durée inférieure à l’âge de l’Univers, mais pour les TN de
fortes masses, la durée d’évaporation est des milliards de fois supérieure à cet
âge.
En 1997 Juan Maldacena, propose
une théorie des champs conforme (en anglais conform field theory ou CFT) à
partir d’une théorie de jauge.
Elle va s’appeler la
correspondance
AdS/CFT pour Anti de Sitter/CFT. Elle donnerait une résolution formelle du
paradoxe sans violer les lois de la MQ. Hypothèse holographique !
SH pense au début que
l’information est perdue, puis au cours du temps, il admet qu’il s’est trompé.
En 2005, S Hawking admet que
l’information n’est pas perdue, elle est redistribuée, et qu’il faut modifier la
RG mais pas la MQ !
On s’intéresse à l’unification
des forces fondamentales.
Irons-nous au-delà du modèle
standard ?
La super gravité (SUSY) n’a pas
été confirmée.
On s’orient vers la gravité
quantique par deux voies possibles :
Réduire la géométrie aux
champs : théorie des cordes
Réduire les champs à la
géométrie : gravitation à boucles.
Stèle à la mémoire de Stephen Hawking dans
l’Abbaye de Westminster à Londres.
POUR ALLER PLUS
LOIN :
Blog de JPL sur les singularités.
Les Trous Noirs en
astro :
CR de la conf débat de l’Acad. Des Sciences du 13 Février 2018
Le rayonnement de
Hawking :
CR de la conf SAF (Cosmologie) de J Fric du 13 Mai 2017
Les trous noirs
quantiques :
CR de la conf SAF (cosmologie) de P Vanhove du 13 Oct 2018
Le paradoxe des trous noirs
par JP Luminet article de La Recherche.
Les troublants
trous noirs présentation
pdf par T Damour. À voir absolument.
Le trou noir et le
principe holographique –
par Luxorion
Hawking et
l'entropie des trous noirs par
Futura Sciences
Prochaine conférence mensuelle de la SAF au CNAM:
Vendredi 13 Novembre
2019 19H00
CONFÉRENCE de Jean Louis BOUGERET
CNRS, ancien Dr du LESIA dans le cadre des 100 ans de l’UAI
SUR «
Il y a cent ans : Benjamin BAILLAUD, le premier Président de l’UAI..
»
Entrée
libre mais
réservation obligatoire.
(Vigipirate)
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin Président
de la commission de cosmologie de la SAF
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