Fascinant, même si tous les concepts ne sont pas compréhensibles du commun des mortels

Il s'agit d'un livre de vulgarisation scientifique écrit par Stephen Hawking, le deuxième après Une brève histoire du temps (Du big bang aux trous noirs) paru pour la première fois en 1988.

Le présent ouvrage est paru pour la première fois en 2001. Il se compose de 7 chapitres, d'un bref avant propos d'Hawking expliquant le choix de la structure de l'ouvrage. Il se termine avec un glossaire, quelques références pour aller plus loin et un index.

Chapitre 1 - Une brève histoire de la relativité - Hawking explique comment les théories d'Albert Einstein ont permis de passer d'une conception de l'univers basée sur l'éther immobile, à une conception mettant en avant la vitesse de la lumière comme absolue. Le temps devient relatif, la matière libère son énergie atomique et le Soleil courbe l'espace-temps, occasionnant une déviation de la lumière.

Chapitre 2 - La forme du temps - Le temps n'est plus un axe avec un sens unique, il prend des formes en 3 dimensions. Hawking introduit la notion de temps complexe, utilisant les nombres complexes. La forme du temps est liée à celle de l'espace. Chapitre 3 - L'univers dans une coquille de noix - Ce titre correspond à une citation extraite la scène 2 de l'acte II de Hamlet de William Shakespeare. Quelle forme a l'univers ?

Chapitre 4 - Prédire l'avenir - La théorie des quantas, le principe d'incertitude, les trous noirs, autant d'éléments qui participent à saper le déterminisme scientifique. Chapitre 5 - Protéger le passé - Le voyage dans le passé est-il théoriquement possible ? Ce chapitre fait intervenir des notions comme les trous de ver, les cordes cosmiques (à ne pas confondre avec les cordes de la théorie des p-branes), le gauchissement de l'espace-temps, les antiparticules...

Chapitre 6 - Star Trek ou non ? - Hawking s'interroge sur le développement potentiel de l'humanité, sur la complexification de la vie biologique et électronique, sur la possibilité d'atteindre une théorie scientifique complète du tout. Chapitre 7 - Le nouveau monde des branes - Hawking expose les principes généraux de la théorie M, d'un espace à 11 dimensions, l'histoire d'une brane dans le temps imaginaire.

Stephen Hawking poursuit son ambitieuse entreprise de vulgarisation en reprenant les choses là où il les avait laissées avec "Une brève histoire du temps". C'est-à-dire qu'il développe des concepts plus récents, plus complexes, des théories scientifiques plus abstraites. Cet ouvrage ne s'adresse plus au commun des mortels, mais à des lecteurs ayant une solide capacité d'abstraction et un goût certain pour le sujet de la physique et de l'astronomie contemporaines. Chaque chapitre comprend un texte exposant les principes de la théorie du thème du chapitre, toujours sans aucune équation mathématique. Il comprend également plusieurs encadrés, graphiques et schémas illustrant un point particulier ou apportant un complément d'information.

Pour pouvoir suivre la plupart des exposés, le lecteur doit être capable d'assimiler la notion de temps complexe (une abstraction sans réalité perceptible dans le quotidien), ainsi que la représentation de l'espace-temps en 3 dimensions. Si Hawking prend le temps de rappeler ce que sont les nombres complexes, il pose l'usage du temps complexe comme un fait établi, sans aucune explication.

Outre ces abstractions, chaque chapitre utilise des notions physiques et mathématiques sous-entendues, d'un niveau élevé. Ainsi, Le Théorème d'incomplétude de Gödel (1931) ne bénéficie que d'un petit encadré de quelques lignes qui ne suffit pas à expliquer en quoi il remet fondamentalement en cause les limites déterministes de la physique. De la même manière, l'évocation des équations de James Clerk Maxwell sur l'électromagnétisme débouche sur la suggestion que la masse et la charge apparentes des électrons étaient infinies. La compréhension de cette suggestion est essentielle dans la suite de l'ouvrage, mais Hawking ne la développe pas, charge au lecteur de déjà connaître cette suggestion, ou d'effectuer des recherches, sans quoi il risque de ne rien comprendre de la suite. De la même manière, l'évocation de l'effet Casimir est très rapide et le lecteur néophyte ne peut que découvrir son existence, sans espoir de le comprendre.

Par comparaison, "L'univers dans une coquille de noix" est d'un abord plus complexe que "Une brève histoire du temps", même s'il dispose de schémas plus jolis (en couleurs et en 3D). Hawking s'est donné pour mission de vulgariser des concepts très ardus, sans se reposer sur des démonstrations mathématiques. Il prend grand soin de contextualiser chaque concept et de citer les principaux chercheurs y ayant contribué, qu'il s'agisse de Richard Feynman, Paul Townsend, Kip Thorne ou Roger Penrose. Il replace chaque concept dans le temps, permettant ainsi de poser des repères simples. Par exemple, le concept d'univers en expansion date de 1929. Il intègre quelques repères culturels, tels que la tension Est / Ouest pendant la guerre froide et donc l'importance capitale pour les scientifiques d'un bord ou l'autre, de devancer ceux d'en face. Il en profite à une ou deux reprises pour donner son avis personnel sur un thème connexe, tel que l'astrologie, ou l'existence d'un dieu créateur de l'univers. Il ne s'agit toutefois que d'exceptions, l'ouvrage étant à 98% consacré à la science physique.

Malgré les difficultés réelles de compréhension de certains passages, le lecteur curieux doté d'un esprit scientifique trouvera de nombreuses sources de contentement à la lecture de cet ouvrage. Pour commencer, Stephen Hawking retrace l'évolution de la conception de l'univers au vingtième siècle de manière chronologique. Il identifie avec précision et clarté les principales théories ayant amené ces évolutions. Le lecteur pourra ainsi se remémorer (ou découvrir) les idées scientifiques qui ont révolutionné la manière de penser l'univers (en fait l'espace-temps).

Ensuite, Hawking ne renâcle jamais devant la difficulté d'exposer simplement les théories les plus complexes. Ainsi le lecteur va découvrir la source d'inspiration de nombreux auteurs de science-fiction modernes, quel que soit le média qu'ils ont choisi pour exprimer leur créativité. Cela commence par le paradoxe des jumeaux, issu de la théorie de la relativité établie par Albert Einstein en 1925. Il y a bien sûr le concept d'espace-temps, mais présenté du point de vue des sciences physiques, soit un concept déjà ardu, plus scientifique que ne le laisse supposer son usage dans le langage courant. Les singularités que sont les trous noirs font l'objet de nombreuses explications, tant elles exigent la conception de lois physiques différentes de l'espace normal, ou plus élargies (le concept généralisé des antiparticules).

Au fil des chapitres, les concepts abordés semblent de plus en plus relever de la science-fiction échevelée, et pourtant Hawking parvient toujours à maintenir le lien logique avec la science physique. Si tout n'est pas compréhensible par le commun des mortels, il est toujours possible de retracer la succession de notions qui parvient à ces concepts. Ainsi, le lecteur entrevoit la naissance de l'univers, découvre la réponse à la question sur le début de l'univers et le début du temps, sur ce qu'il y a au-delà des frontières de l'univers. Il entrevoit ce que signifie un espace avec des dimensions supplémentaires, et il constate que la notion d'univers parallèles à un sens scientifique (accrochez-vous bien pour l'intégrale des chemins de Feynman et les histoires qui en découlent).

À plusieurs reprises, Hawking revient sur le principe anthropique selon lequel, puisque des êtres sapients tel que l’humain existent, l’univers est nécessairement compatible avec leur existence. D'un côté le lecteur a la sensation d'évoluer en pleine science-fiction, de l'autre la philosophie n'est jamais très loin. Quelle est la place de l'homme dans l'univers ? En tant qu'observatrice de l'univers, l'humanité jouerait-elle un rôle privilégiée dans l'ordre des choses ?

La lecture de cet ouvrage permet au lecteur même néophyte de remettre en question sa conception de l'univers, et e passer en revue plusieurs théories scientifiques de haute volée qui permettent de regarder la réalité de tous les jours sous un angle différent. L'habilité de vulgarisateur d'Hawking apparaît pleinement quand le lecteur essaye d'expliquer à quelqu'un d'autre ce qu'il a lu. Il est persuadé que de pouvoir réexpliquer pourquoi un pendule n'est jamais tout à fait au repos à la verticale. Pourtant il y a fort à parier que les mots ne viendront pas aisément quand il s'agira de rétablir le raisonnement qui justifie cette conclusion.

Dans ce tome, Stephen Hawking reprend son entreprise de vulgarisation là où il l'avait laissée avec "Une brève histoire du temps". Il est amené à expliquer des notions très complexes, qui nécessitent un solide bagage scientifique pour pouvoir pleinement les comprendre. Pour le lecteur néophyte, plusieurs passages apparaîtront trop théoriques pour pouvoir faire sens. Par contre il sera à même de suivre l'enchaînement logique du développement des sciences physiques, qui a donné lieu à ces concepts ébouriffants.

En complément de la lecture de "L'univers dans une coquille de noix", il est possible de visionner La magie du cosmos & L'univers élégant de Brian Greene qui traite des mêmes sujets et qui offre un point de vue complémentaire et une forme pédagogique différente. Hawking répertorie l'ouvrage écrit de Brian Greene dans sa bibliographie.

Par la suite, ce scientifique a écrit un autre ouvrage pour développer, compléter ou mettre à jour une partie de ces théories : Une belle histoire du temps (2005).

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- Stephen Hawking a également écrit une trilogie pour des lecteurs adolescents traitant des mêmes théories et phénomènes, avec sa fille Lucy : (1) Georges et les secrets de l'univers, (2) Georges et les trésors du cosmos et (3) Georges et le Big Bang.