Une brève histoire du temps Résumé
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Une brève histoire du temps de Stephen Hawking Résumé et analyse

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Synopsis

Une brève histoire du temps est un résumé concis des origines et de la nature de notre univers. Stephen Hawking guide les lecteurs à travers l'évolution de nos connaissances scientifiques. Il commence par la loi de la gravité de Newton dans les années 1600 jusqu'aux théories modernes sur le début de l'univers. Ce livre est un guide clair et compréhensible de l'univers. Des trous noirs au voyage dans le temps, Stephen Hawking explique certains des mystères les plus essentiels de notre univers. 

Le point de vue de Stephen Hawking

Stephen Hawking était considéré comme l'un des plus brillants physiciens théoriciens de l'histoire. Ses travaux sur les origines et la structure de l'univers, du Big Bang aux trous noirs, ont révolutionné le domaine. Hawking est né à Oxford dans une famille de médecins. Il a commencé ses études universitaires à l'University College d'Oxford en octobre 1959. Il a obtenu un diplôme de première classe en physique (BA (Hons.)). Ensuite, Hawking a commencé ses études supérieures à Trinity Hall, à Cambridge, en octobre 1962. Il a obtenu son doctorat en mathématiques appliquées et en physique théorique, avec une spécialisation en relativité générale et en cosmologie, en mars 1966. Il a été professeur de mathématiques Lucasian à l'université de Cambridge entre 1979 et 2009. À l'âge de 21 ans, alors qu'il étudiait la cosmologie à l'université de Cambridge, on lui a diagnostiqué une sclérose latérale amyotrophique (SLA). Une partie de l'histoire de sa vie a été dépeinte dans le film The Theory of Everything (2014).

Les théories du passé peuvent prédire l'avenir

Stephen Hawking explique aux lecteurs qu'une théorie est un modèle qui explique avec précision les observations faites dans notre environnement. Les théories les plus largement acceptées sont soutenues par des résultats cohérents issus de plusieurs expériences. Ces théories expliquent alors comment et pourquoi les choses se produisent dans notre environnement. 

Hawking propose deux avantages associés au développement de théories :

  1. Les théories offrent une base aux scientifiques pour faire des prédictions sur des événements futurs. Hawking donne l'exemple de la théorie de la gravité de Newton. Cette théorie a permis aux scientifiques de prédire les mouvements futurs des planètes.
  2. Les théories ne sont jamais totalement consolidées. Cela signifie qu'elles peuvent être continuellement améliorées à mesure que de nouvelles preuves font surface. Cette nature réfutable est cruciale pour le développement de nos connaissances.

Les théories scientifiques nous permettent de déduire la nature de notre futur univers. Cependant, elles évoluent sans cesse et deviennent de plus en plus précises pour prédire l'avenir.

La théorie de la gravité de Newton a fait évoluer notre compréhension de manière significative

La théorie de la gravité de Newton était révolutionnaire. Dans les années 1600, les gens croyaient que les objets étaient naturellement au repos absolu. Par conséquent, sans aucune action, l'objet resterait immobile. Newton a renversé cette idée en suggérant que tous les objets de l'univers sont en mouvement constant. Cette théorie a été étayée par l'observation par Newton des planètes qui se déplacent continuellement les unes par rapport aux autres.

Les trois lois de Newton

En se basant sur les découvertes de Newton, il a développé trois lois :

  1. Tous les objets continuent à se déplacer en ligne droite s'ils ne sont pas soumis à une autre force.
  2. Un objet accélère à un rythme proportionnel à la force qui agit sur lui. En outre, plus la masse d'un objet est importante, moins une force affecte son mouvement.
  3. Tous les corps de l'univers attirent d'autres corps avec une force proportionnelle à la masse de chaque objet.

La vitesse de la lumière remet en question la théorie de Newton

Comme nous sommes en mouvement constant par rapport à d'autres objets, Newton a décrit la vitesse comme étant relative à d'autres objets. Cependant, Hawking explique que notre compréhension de la vitesse de la lumière a remis en question cette partie de la théorie de Newton. La vitesse de la lumière doit toujours être une constante plutôt que relative. Elle est toujours de 186 000 miles par seconde. La solution à cette faille dans la théorie de Newton a été résolue au début du vingtième siècle par Albert Einstein. Plus précisément, la théorie de la relativité d'Einstein.

Le temps n'est pas fixe

La théorie de la relativité s'appuie sur la théorie de la gravité de Newton en tenant compte du fait que la vitesse de la lumière est une constante. Einstein a suggéré que les lois de la science sont les mêmes pour tous les observateurs se déplaçant librement. Cela explique donc la constance de la vitesse de la lumière. Quelle que soit la vitesse d'un observateur se déplaçant librement, la vitesse de la lumière sera la même. Le raisonnement qui sous-tend ce principe est que le temps est relatif plutôt que fixe.

Hawking utilise une analogie pour expliquer ce point. Imaginez qu'un flash de lumière soit émis vers deux observateurs. L'un de ces observateurs se déplace vers la lumière tandis que l'autre se déplace plus rapidement dans la direction opposée. La vitesse de la lumière reste la même pour chaque observateur car elle est constante. Cependant, le temps est déterminé par la distance parcourue divisée par la vitesse. Par conséquent, les deux observateurs perçoivent la lumière émise à des moments différents. Cela signifie surtout qu'aucun des deux observateurs ne se trompera dans son enregistrement du moment où la lumière a été émise pour la première fois. Au contraire, le temps sera relatif et unique pour chacun des observateurs.

L'état quantique nous aide à mesurer les particules

Toute la matière est constituée de particules. Par conséquent, pour mieux comprendre l'univers, nous devons comprendre les particules, notamment leur comportement et leur vitesse. Hawking explique que les particules sont cependant particulièrement difficiles à mesurer. Plus vous essayez de mesurer précisément la position d'une particule, plus sa vitesse devient incertaine. De même, plus vous essayez de mesurer précisément sa vitesse, moins la position de la particule devient spécifique. Ce phénomène a été découvert dans les années 1920 et s'appelle le principe d'incertitude.

Pour surmonter les limites de la mesure des particules, les scientifiques ont commencé à mesurer l'état quantique des particules. L'état quantique combine de nombreuses positions et vitesses possibles d'une particule. Par conséquent, il est actuellement impossible pour un scientifique d'observer la position et la vitesse exactes d'une particule. Au lieu de cela, les scientifiques doivent rechercher tous les endroits où elle pourrait se trouver et déterminer lequel de ces endroits est le plus probable. Pour ce faire, les scientifiques doivent observer les particules comme s'il s'agissait d'ondes.

La variété des positions dans lesquelles une particule peut apparaître peut être représentée par ce qui ressemble à une onde continue et oscillante. Les positions les plus probables de la particule se situent là où les arcs et les creux sont conformes les uns aux autres.

Des objets massifs qui courbent l'espace-temps provoquent la gravité

Hawking explique que la gravité des objets massifs provoque la courbure de l'espace-temps. De plus, des masses énormes comme notre soleil modifient l'espace-temps. Imaginez l'espace-temps comme une couverture tendue et maintenue en l'air. Si l'on place un objet au milieu de la couverture, celle-ci se courbe et l'objet s'enfonce. Une fois cette courbe produite, d'autres objets suivent ces courbes dans l'espace-temps. Hawking explique que c'est parce qu'un objet emprunte toujours le chemin le plus court entre deux points. Pour les objets plus grands, il s'agit d'une orbite circulaire.

L'espace-temps est la quatrième dimension de notre monde. Les physiciens utilisent l'espace-temps pour décrire les événements dans l'univers. Pour ces scientifiques, un événement se produit à une position particulière dans l'espace et le temps. Les scientifiques doivent tenir compte du temps car la théorie de la relativité stipule que le temps est relatif. Par conséquent, il s'agit d'un facteur essentiel pour décrire la nature d'un événement. De manière cruciale, notre compréhension de l'espace-temps nous a permis d'élaborer la théorie de la gravité.

Les étoiles effondrées peuvent produire des trous noirs

Les étoiles ont besoin d'énormes quantités d'énergie pour produire de la chaleur et de la lumière. De plus, comme elles ont souvent une longue durée de vie, cette quantité s'accumule. Une fois cette énergie épuisée, l'étoile meurt. La taille de l'étoile déterminera alors le produit de la mort de cette étoile. Par exemple, les étoiles massives produisent des trous noirs. 

Hawking explique pourquoi la mort d'étoiles géantes peut produire des trous noirs. Les trous noirs sont créés à partir de ces événements car l'attraction gravitationnelle des étoiles massives est très forte. Les étoiles utilisent leur énergie pour éviter de s'effondrer en raison de la forte attraction gravitationnelle. Cependant, une fois que l'étoile n'a plus d'énergie, elle commence à s'effondrer sur elle-même. Toute la matière environnante est attirée vers l'intérieur, vers un point sphérique infiniment dense appelé singularité. Cette singularité est ce que nous appelons un trou noir.

L'attraction d'un trou noir est si forte que la lumière se courbe le long de celui-ci. De plus, sa forte attraction gravitationnelle empêche tout ce qui franchit une limite particulière autour de lui de s'échapper à nouveau. Hawking note que ce point de non-retour est appelé l'horizon des événements. La lumière est la chose qui se déplace le plus rapidement dans l'univers. Cependant, même la lumière ne peut s'échapper des trous noirs. Comme la lumière ne peut pas s'échapper des trous noirs, cela pose un dilemme pour leur observation. Cependant, les scientifiques recherchent les effets gravitationnels sur l'univers et les rayons X produits lorsque le trou noir aspire et déchire la matière.

Le temps ne peut qu'avancer

Dans Une brève histoire du temps, Hawking explique que l'expansion de l'univers permet au temps d'avancer. Cependant, plusieurs scientifiques n'ont pas abandonné la possibilité que l'univers commence à se contracter et que le temps commence à reculer. Malgré cela, Hawking affirme qu'il existe plusieurs indicateurs forts suggérant que le temps ne peut qu'avancer. 

Les flèches du temps

La deuxième loi de la thermodynamique est appelée entropie. L'entropie suggère que le désordre tend à augmenter avec le temps. En général, le désordre ne se réorganise pas spontanément, ce qui suggère que le temps ne peut que progresser. Par exemple, une tasse cassée ne se réorganisera pas spontanément. C'est la flèche thermodynamique du temps. De même, vous vous souviendrez que cette tasse s'est cassée. Toutefois, avant cet événement, vous ne seriez pas en mesure de vous souvenir de sa position future sur le sol. C'est la flèche psychologique du temps. Enfin, la flèche du temps cosmologique fait référence à l'expansion de l'univers. À mesure que l'univers s'étend, l'entropie augmente. 

Supposons que le désordre dans l'univers atteigne son point maximal. Dans ce cas, l'univers pourrait commencer à se contracter, inversant la flèche cosmologique du temps. Cependant, nous ne le saurions pas, car les êtres intelligents ne peuvent exister que si le désordre augmente. En effet, nous dépendons du processus d'entropie pour décomposer notre nourriture en énergie. Par conséquent, le temps pourrait un jour reculer. Cependant, nous ne serons pas là pour le voir.

Les quatre forces fondamentales

La gravité est l'une des forces fondamentales de l'univers. Cependant, Hawking décrit trois autres forces fondamentales de l'univers. 

Force électromagnétique

Les forces électromagnétiques peuvent être observées sur toutes les particules ayant une charge électrique. Cela inclut les électrons et les quarks. Ces forces créent également des événements comme un aimant qui se colle à un réfrigérateur. Ces forces peuvent être attractives ou répulsives. L'attraction se produit entre des particules chargées positivement et négativement. À l'inverse, la répulsion se produit lorsque deux particules de même charge se rencontrent. Hawking souligne que cette force est bien plus forte que la gravité et qu'elle a un impact même sur les plus petits atomes.

La force nucléaire faible

La force nucléaire faible agit sur toutes les particules qui composent la matière. Cette force est considérée comme faible car elle ne peut exercer sa force que sur de courtes distances. Les forces nucléaires produisent de la radioactivité. À des énergies plus élevées, la force de la force nucléaire faible augmente jusqu'à égaler la force électromagnétique.

Force nucléaire forte

Cette force nucléaire peut lier les protons et les neutrons dans le noyau d'un atome. De même, elle peut lier les petits quarks à l'intérieur des protons et des neutrons. La force nucléaire forte diffère de la faible car elle s'affaiblit à des énergies plus élevées. 

Énergie de la grande unification

Il existe un état de haute énergie appelé énergie de grande unification. Cet état se produit lorsque les trois forces atteignent une force égale. Ce faisant, elles deviennent différents aspects d'une force unique. Hawking suggère que cette force unitaire pourrait avoir joué un rôle important dans la création de notre univers. 

Comment le Big Bang s'est-il produit ?

Les scientifiques sont presque tous d'accord pour dire que le big bang s'est produit. Cependant, ils ne sont pas d'accord sur la manière dont le big bang s'est produit. Il existe cependant deux grandes théories sur la façon dont le big bang a pu se produire.

Le modèle chaud du Big Bang

  • L'univers a commencé avec une taille nulle et était infiniment chaud et dense.
  • Le big bang a produit une expansion, qui a ensuite refroidi la température de l'univers. La raison de ce refroidissement est que la température s'étend désormais plus loin.
  • Dans les premières heures de cette expansion, la plupart des éléments actuels de l'univers ont été créés.
  • Les plus grands corps de l'univers ont commencé à tourner sous l'effet de la gravité, ce qui a donné naissance aux galaxies.
  • Des nuages de gaz d'hydrogène et d'hélium ont alors commencé à s'effondrer au sein de ces galaxies. Cet effondrement, associé à une collision d'atomes, a créé des réactions de fusion nucléaire. Ces réactions sont à l'origine des étoiles.
  • La mort et l'effondrement de ces étoiles ont créé d'énormes explosions stellaires qui ont éjecté davantage d'éléments dans l'univers. Ces éléments ont contribué à créer d'autres étoiles et planètes.

Le modèle inflationniste

  • L'énergie de l'univers primitif était si élevée que les forces des trois forces susmentionnées étaient égales.
  • Avec l'expansion de l'univers, ces trois forces ont développé des forces différentes. Cela s'est produit rapidement.
  • Avec la division des forces, une énorme quantité d'énergie a été libérée.
  • La libération d'énergie a créé un effet anti-gravitationnel.
  • L'effet anti-gravitationnel a provoqué une expansion encore plus rapide de l'univers.

Citation de conclusion

"S'il existe réellement une théorie unifiée complète qui régit tout, elle détermine vraisemblablement aussi vos actions. Mais elle le fait d'une manière impossible à calculer pour un organisme aussi compliqué qu'un être humain. La raison pour laquelle nous disons que les humains ont un libre arbitre est que nous ne pouvons pas prédire ce qu'ils feront."

- Stephen Hawking

Classement

Note de StoryShots : 4.4/5

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