L'univers de Stephen Hawking

Après cinq ans d'étude et défendu sa thèse à Cambridge, Hawking obtient son Philosophical Diploma, le Ph.D. en 1966 et le titre de Docteur.

Armé de son doctorat et l'envie de mettre en pratique tout le savoir théorique qu'il a acquis, le jeune Hawking est engagé par le Gonville and Caius College (Cauis se prononce à l'anglaise comme "Keys") à l'Université de Cambridge : "j'ai commencé à travailler pour la première fois de ma vie. A ma surprise j'ai trouvé que j'aimais ça".

Hawking devient "Fellow" (équivalent à Chargé de recherches en France) puis quelques années plus tard, "Professional Fellow" (Directeur de recherches). Hawking peut porter la toge noire couverte d'une écharpe rouge propre à l'Université et le calot (mortarboard) associé s'il donne cours. Mais ce costume est en général réservé aux cérémonies, que son titulaire soit juste promu ou professeur émérite. L'Harvard Magazine explique en quelques mots ces coutumes vestimentaires.

Le calot ou "mortarboard".

Hawking avait choisi la bonne filière car la physique théorique était l'une des rares disciplines où sa malade ne constituait pas un sérieux handicap.

Comme sa réputation grandissait en même temps que sa maladie s'aggravait, les scientifiques étaient préparés à lui offrir des sujets d'étude dans lesquels il n'y aurait que de la recherche, sans cours magistraux (les fameuses "lectures").

Son objectif était et demeure de trouver une théorie établissant le lien entre la relativité générale et la physique quantique, d'un côté des variables locales, de l'autre l'indéterminisme, deux visions du monde a priori opposées.

Le pari est à la hauteur du génie du professeur. Il travaille sur les lois fondamentales de la gravitation en utilisant de nouvelles méthodes mathématiques en collaboration avec Roger Penrose et Kip Thorne au Birkbeck College de Londres.

C'est à cette époque, à l'âge de 29 ans qu'il s'intéressa aux trous noirs, après avoir entendu le mathématicien Roger Penrose, alors au Birkbeck College de Londres, décrire ses recherches. Ses idées ont inspiré Hawking et formeront le coeur même de sa thèse. Il réalisa que les équations de la relativité générale décrivant l'effondrement gravitationnel d'un trou noir jusqu'à la singularité pouvaient être "retournées" et décrire l'expansion de l'Univers à partir d'une singularité. Il démontra, mathématiquement parlant, que l'Univers est un trou noir inversé dans le temps. Hawking découvrit ainsi quelques unes des conjectures fondamentales concernant l'évolution de l'Univers et des trous noirs. Nous y reviendrons en détail.


De gauche à droite, le chemin d'entrée conduisant à l'Arche des Honneurs du Collège Gonville et Caius, les bâtiments et le réfectoire du Caius où Hawking célébra certains anniversaires (comme beaucoup d'autres professeurs). Ce "Hall dinner" bien que plus petit, n'a rien à envier à celui du Trinity ou d'Oxford. Documents Virtual traveller et CAI/CAM.

Après leur mariage, Jane devant terminer ses études à Londres pour obtenir son doctorat, Hawking devait trouver une solution pour se gérer seul malgré son handicap et trouver une habitation qui ne soit pas trop loin du Collège car il ne pouvait pas marcher longtemps. La politique à Caius était de ne pas offrir de logement à ses employés (aujourd'hui il existe des "accomodations" pour quelques Fellows résidents). Il trouva un flat sur la place du marché de Cambridge mais on demandait au couple 25 shillings par nuit soit un 1.2£, ce qui représentait mensuellement plus de la moitié de son salaire (notons à ce sujet qu'en 1971, sous le Gouvernement Thatcher, la livre sterling sera officiellement décimalisée, passant de 1£ = 20 shillings = 240 pences à 1£ = 100 pences). Le couple n'y resta que trois jours et trouva une petit maison à moins de 100 m du département où travaillant Hawking. Elle appartenait à un chercheur d'un autre collège qui allait déménager et qui accepta de leur sous-louer pour les trois derniers mois de la location. Dans l'intervalle ils trouvèrent une autre habitation où le couple Hawking vivra plusieurs années.

Entre-temps Hawking perd graduellement l'usage de ses bras et de ses jambes. En 1970, il devait se déplacer à quatre pieds. Il ne peut plus marcher et est contraint de se déplacer en fauteuil roulant, d'abord manuel puis électrique.

Avec le temps, l'Université Caius appréciant mieux Hawking, elle accepta de faire une entorse à son règlement et lui proposa une habitation dont elle était propriétaire. L'idée plut immédiatement à Hawking et Jane. L'habitation était spacieuse, il y avait un jardin dont pouvaient profiter leurs trois enfants (qui sera par la suite fermé par les gardiens du Collège) et elle était suffisamment près de l'Université ou du Colllège pour que Hawking puisse s'y rendre en fauteuil roulant électrique.

En 1971, il publie dans les "Physical Review Letters" (Issue 26, p1344-46) un article sur les ondes gravitationnelles émises par les trous noirs en collision.

En 1972, Hawking ne peut plus quitter son fauteuil roulant mais peut encore manger seul. Sa diction devient très difficile et seuls les Anglais de naissance comprennent ce qu'il dit, bien que difficilement.

Hawking quitta l'Institut d'Astronomie en 1973 pour entrer au Département de Mathématiques Appliquées et de Physique Théorique (DAMTP) situé juste à côté.

Hawking se rappelle très bien son état physique en 1974 et peu après : "En 1974 raconte-t-il, j'étais capable de me nourrir seul, de rentrer et de sortir du lit. Jane se débrouillait pour m'aider, et éleva les enfants sans assistance extérieure. Toutefois lorsque les choses sont devenues plus difficiles, nous avons décidé d'avoir des étudiants de la Faculté à domicile. En échange d'un logement gratuit et de beaucoup d'attention de ma part, ils m'aidèrent à aller et à sortir du lit. En 1980, nous avons changé pour un système de communauté et d'infirmières privées, qui venaient durant une ou deux heure le matin et en soirée. Cela dura jusqu'à mon opération en 1985. Par la suite une infirmière a pris soin de moi 24 heure sur 24. Cela a été possible grâce à des donations de plusieurs fondations."

Au printemps de 1974, alors que la sonde Viking explorait Mars et que près d'un milliard de téléspectateurs suivaient sa progression sur le petit écran, Hawking fut nommé Fellow (membre) de la Royal Society (FRS en abrégé). Carl Sagan qui était sur place à l'invitation de la Society pour la missionViking, nota qu'il y avait une grande réunion dans un hall adjacent.

Par curiosité il entra dans la pièce et reconnu le jeune homme en fauteuil roulant : "Il était en train de signer très lentement son nom dans le livre qui portait dans ses toutes premières pages la signature d'Isaac Newton. Quand il eut terminé, il y eut une émouvante ovation, Stephen Hawking était devenu une légende".


A gauche Hawking en 1979. A cet époque ses collègues ont toutes les peines pour comprendre ses paroles et il ne peut plus quitter son fauteuil roulant. Document Godfrey Argent for The Royal Society and NPG. Au centre et à droite vers 1985.

C'est en 1974 que Hawking, en collaboration avec Zeldovich, propose sa théorie sur l'évaporation quantique des trous noirs, en applicant des lois semi-classiques : celles de la physique quantique aux particules se matérialisant près de la surface du trou noir et les lois de la gravitation au trou noir lui-même. Ce rayonnement sera appelé la radiation Hawking.

Hawking sera nommé professeur de physique gravitationnelle à Cambridge en 1977.

Quand on lui demanda plus tard ce qu'il ressentait d'être considéré comme un génie au même titre que Newton ou Einstein, il répondit : "Je suis l'archétype du génie handicapé, ou devrais-je dire du génie ayant des difficultés d'ordre physique, pour rester politiquement correct".

Pour être précis, dans une interview accordée au magazine "TIME" dans les années '90, Hawking jugea que cette comparaison avec Einstein était une idiotie, "rubbish", et la plupart de ses collègues sont d'accord avec lui. Selon Ann Harris, des éditions Bantam, chez qui fut publié "L'univers dans une coquille de noix" (voir plus loin), Hawking considère que cette image est inappropriée et imprécise. Elle est également maladroite et gênante, "awkward", pour ses collègues.

En fait il ne s'en formalisa pas mais n'en tira jamais aucun avantage particulier non plus. Seuls l'intéressent sa famille, ses amis, la recherche et le plaisir qu'il éprouve de vivre.

Couronnement de sa carrière, fin 1979 Hawking est nommé Professeur Lucasien de mathématiques à l'Université de Cambridge, poste qu'il occupe toujours aujourd'hui. Rappelons que cette chaire fut fondée en 1663 grâce à un don du Révérend Henry Lucas, membre du Parlement de l'université. Cette chaire fut dirigée durant les premières années par le professeur Isaac Barrow qui la céda à Isaac Newton en 1669. Elle fut plus tard occupée par Paul Dirac. Hawking était dans les pas de ses illustres aïlleuls.

La chaire de mathématiques se traduisant en anglais par "chair" (fauteuil ou chaise), il utilisera ce mot à double sens pour faire allusion à la "chaise" de Newton. Il dira à ce sujet, "je pense qu'elle ne fonctionnait pas électroniquement à cette époque". Son humour est aussi pour Hawking une façon de mettre les gens à l'aise par rapport à son handicap et ses découvertes.

La même année, sa femme Jane reçoit son Ph.D. en littérature médiévale portugaise et a la satisfaction intellectuelle de pouvoir enseigner à l'université.

Cette année là, la sonde Voyager 1 visite Jupiter et Saturne, Mère Thérésa reçoit le prix Nobel de la Paix et Francis Ford Copolla présente à Hollywood l'un des plus grands succès du box office, "Apocalypse Now". Dans le cadre qui nous occupe, ce titre est annonciateur d'un grave événement.

En 1985, alors qu'il se trouve au CERN de Genève, Hawking contracta une pneumonie durant l'été suivie d'une période de bronchite sévère. Peu de temps après ses poumons cessèrent de fonctionner et d'évacuer les liquides. Mal, mal, mal, car il ne pouvait plus respirer du fait des secrétions bronchiques. Les docteurs de l'hôpital de Genève suggérèrent à sa femme de ne plus alimenter la machine qui le maintenait en vie. Mais elle refusa cette fatalité et rapatria d'urgence son mari à Cambridge où il sera soigné à l'hôpital d'Addenbrooke.

Ainsi que nous l'avons dit, en raison de sa maladie, à la fin des années '70 ses paroles étaient presque devenues inintelligibles et seules les personnes habituées à l'entendre le comprenaient encore.

A présent, passant à deux doigts de la mort, pour survivre il fut contraint de subir une trachéotomie pour faciliter sa respiration et permettre d'effectuer certains traitements médicaux subséquents à son opération (aspiration journalière des sécrétions et assurer la ventilation principalement durant la nuit).

L'opération qui n'est pas en soi très lourde (elle consiste à pratiquer une ouverture cruxiforme dans la face antérieure de la trachée et à y placer une petite canule) dura moins d'une heure mais elle le priva de sa voix pour la vie. En effet, en général l'opération ne gène pas la parole à condition d'utiliser ce qu'on appelle une "canule parlante" (comme ce fut le cas pour le Pape Jean-Paul II), ce dont Hawking ne dispose pas et que dans tous les cas il ne pourrait pas utiliser, sa maladie l'empêchant de contrôler ses muscles.

Hawking vers 1988.

Les conséquences post-opératoires le contraignent également à recevoir des soins médicaux quotidiennement. "Avant mon opération, écrit-il, mon élocution devint de plus en plus indistincte, et seules quelques personnes que me connaissent bien, pouvaient me comprendre. Mais au moins je pouvais communiquer. Je dictais mes articles scientifiques à ma secrétaire et je donnais des séminaires à travers un interpréteur qui répétait mes paroles plus clairement. Toutefois, la trachéotomie supprima totalement ma capacité de parole. Pendant un temps, la seule façon dont je pouvais communiquer était d'épeler chaque mot lettre par lettre en élevant les sourcis quand la personne indiquait la bonne lettre sur la carte d'orthographe. Il était assez difficile de tenir une conversation de la sorte et d'écrire seul un article".

Un ingénieur américain dénommé Walt Woltosz entendit parler de la situation critique dans laquelle se trouvait Hawking et connaissait bien le problème puisque sa belle-mère souffrait également d'ALS. Dans les années '80 Walt avait quitté son emploi d'ingénieur en aéronautique chez United Technologies Corporation pour créer sa propre compagnie, Words+, Inc. à Sunnyvale, en Californie. Son slogan est révélateur de son objectif, "Unlock the Person", Débloquer la personne.

Il développa une solution informatique, hardware et software, autour d'un ordinateur Radio Shack Model 4 spécialement équipé d'interfaces d'entrée et sortie afin que des personnes sévèrement handicapées puissent communiquer, lentement mais surement.

Il envoya le système à Hawking avec un programme qu'il avait écrit appelé "Equalizer". On l'installa sur un ordinateur de bureau. Hawking nous explique qu'"il permettait de sélectionner des mots dans une série de menus qui apparaissaient à l'écran en appuyant sur un bouton avec la main. Le système pouvait également être contrôlé par le déplacement de la tête ou des yeux. Lorsque j'avais composé ce que je voulais dire, je pouvais l'envoyer à un synthétiseur vocal". Seule contrainte, son interlocuteur pouvait lui parler normalement mais il devait attendre un certain temps pour que Hawking soit prêt et puisse lui répondre. Pour l'anecdote, Woltosz s'excusa auprès de Hawking car le processeur utilisé dans le système vocal reproduisait l'accent américain...

Le système de menu "Clicker" utilisé par Hawking.

Par la suite le système sera amélioré et Hawking put dialogue en actionnant une interface appelée le "Clicker" qui lui permet encore aujourd'hui de sélectionner des lettres et des mots sur un clavier et de les afficher sur l'écran de son ordinateur.

Ce système est aujourd'hui commercialisé par la société CIMIS en France sous forme d'un clavier virtuel programmable piloté par le logiciel Clicker 4. La société de Woltosz existe toujours et commercialise divers produits très intéressants qui vont du fauteuil roulant informatisé au clavier programmable.

Peu après, le système sera transposé sur un PC portable grâce à David Mason, du département de Communication Adaptative de Cambridge et ex-mari de sa femme Jane, le système complet étant fixé sur son fauteuil roulant électrique. Depuis Hawking a bénéficié de plusieurs modèles d'ordinateurs portables, toujours plus compacts et plus performants.

Cet ordinateur est loin d'être un luxe. Dans "Trous noirs et distorsions du temps", Kip Thorne se rappelle que quelques années auparavant "quand je commencais à avoir du mal à le comprendre, il n'est arrivé de répéter sans arrêt, jusqu'à dix fois : 'Stephen, je n'ai toujours pas compris, peux-tu répéter ?' Un peu dépité, il répétait jusqu'à ce que je finisse par comprendre : espiègle comme d'habitude, Hawking essayait de me raconter une plaisanterie, merveilleusement drôle, concise et inattendue. Quand j'avais enfin saisit, il souriait de plaisir".

Comme Hawking le dira lui-même, "Ce système m'a permit de communiquer beaucoup mieux qu'auparavant. J'arrivais à saisir jusqu'à 15 mots par minute [...], je pouvais exprimer ce que j'avais écrit ou les sauver sur disque. Je pouvais les imprimer ou les rappeler et les faire prononcer ligne par ligne".

Hawking photographié par J.Godany.

Grâce à ce synthétiseur vocal, Hawking put effectivement renouer ses liens avec son entourage et à nouveau parler par ordinateur interposé.

En 1988 il prit la décision de publier son premier ouvrage de cosmologie destiné au grand public, "Une brève histoire du temps". L'ouvrage fut un succès sans précédent dans l'histoire de la littérature scientifique et porta graduellement Hawking au sommet du Star system. Nous reviendrons en détail sur cette "brève histoire...".

Penchons-nous pour commencer sur le travail scientifique qu'il a accomplit, l'oeuvre à laquelle il se consacre depuis plus de 40 ans et voyons jusqu'où elle peut nous conduire.