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Le prix Nobel de physique de Penrose arrive deux décennies trop tard, une reconnaissance retardée d’importants travaux théoriques

Le prix Nobel de physique de cette année est attribué à la recherche liée aux trous noirs. La moitié de la récompense est allée au professeur britannique Sir Roger Penrose pour ses recherches théoriques, qui ont confirmé que le trou noir est une prédiction robuste de la théorie générale de la relativité d’Einstein. Penrose a partagé le prestigieux prix avec le professeur Andrea Ghez et le professeur Reinhard Genzel pour leur travail expérimental, découvrant la présence d’un objet compact supermassif au cœur de notre galaxie de la Voie lactée.

Le professeur Penrose a reçu le prix des recherches qu’il a menées il y a environ 55 ans. Ses recherches ont utilisé la théorie générale de la relativité d’Einstein pour prouver qu’une singularité et la formulation d’un trou noir sont mathématiquement possibles. Les théorèmes de singularité de Penrose-Hawking, comme on appelle cet ensemble de résultats, répondent également à la question de savoir quand la gravitation produit-elle des singularités. Ces théorèmes utilisaient l’équation de Raychoudhuri – un ingrédient clé pour expliquer les singularités spatio-temporelles et les propriétés de focalisation gravitationnelle en cosmologie.

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Bien que la recherche ci-dessus soit le fruit d’un effort de collaboration entre Sir Roger et Stephen Hawking, ce dernier a été mis à l’honneur. Penrose, en revanche, n’a pas attiré l’attention des médias et s’est limité à des activités académiques. Penrose est un intellectuel polyvalent et un mathématicien talentueux avec de larges intérêts. On ne peut s’empêcher de se demander ce qui a pris autant de temps au Comité Nobel pour lui remettre le prix.

Penroses Nobel for Physics arrive deux décennies trop tard, une reconnaissance retardée d'importants travaux théoriques

Sir Roger Penrose lors d’un entretien avec Pioneer Works. Crédit d’image: PioneerWorks / YouTube

Importance de la découverte de Penrose

Nous savons, en observant les étoiles de notre galaxie et d’autres, que les étoiles se forment et meurent. Les étoiles de faible masse, comme notre Soleil, vivent longtemps et meurent en «naines blanches». Les plus grosses étoiles qui font plus de huit fois la masse de notre Soleil meurent dans une explosion spectaculaire que nous appelons une supernova. Pour les étoiles qui sont beaucoup plus massives – disons, plus de 20 fois la masse du Soleil – on pense que le noyau central qui s’effondre est beaucoup, beaucoup plus grand. Le noyau devient immensément dense et compact, formant un trou noir.

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Cet événement extraordinaire, lorsqu’un trou noir se forme et que la matière est écrasée à des limites au-delà de l’échelle nucléaire, est un événement complexe à décrire théoriquement. Il demande une combinaison de gravité, de physique quantique et de mathématiques. Le plus proche que nous puissions obtenir sans ce travail théorique est une estimation vague de la densité d’un trou noir, à partir de l’étude d’autres objets compacts dans l’univers.

Ce n’est que récemment que la première image directe d’un trou noir d’une galaxie voisine (M87) a été capturée par des astronomes dans le monde, dans un exploit remarquable. Cependant, il y a encore un énorme écart dans la compréhension moderne des trous noirs. On ne comprend pas encore la singularité qui était présente au début, avant le big bang qui aurait donné naissance à tout dans l’univers. Nous ne savons pas non plus ce qui arrive à un observateur qui tombe dans une singularité de trou noir.

Avant l’arrivée des théorèmes de singularité de Penrose-Hawking dans les années 70, on pensait que les singularités ne se formaient que dans certaines situations. Par exemple, dans une explosion de supernova où un trou noir est formé à partir de l’effondrement du noyau d’une étoile, il pourrait être possible pour une étoile en rotation de neutraliser en partie sa propre gravité. On pensait qu’une singularité ne se formerait pas dans ces circonstances – jusqu’à ce que les théorèmes de singularité de Penrose-Hawking réfutent cette croyance. Il a montré qu’une singularité se forme à chaque fois qu’il y a un horizon d’événement – la frontière fictive autour d’un trou noir au-delà duquel aucune lumière ne peut s’échapper.

Reconnaissance indispensable du travail théorique

S’il y avait deux idées qui ont tiré sur l’imagination d’un astrophysicien théoricien, ce sont les trous noirs et la théorie générale de la relativité d’Einstein. L’une des questions les plus fascinantes en astrophysique reste, « qu’est-ce qu’un trou noir? ». C’est une curiosité qui intéresse autant les écoliers que les astrophysiciens. De conséquences plus réelles dans le monde réel, de nombreux pays ont investi d’énormes fonds dans la construction de détecteurs expérimentaux pour détecter la présence d’un trou noir. L’un de ces résultats expérimentaux, mené par Ghaz et Genzel, s’est vu décerner la moitié du prix Nobel de physique en 2020. Pourtant, on se demande, le financement de mégaprojets internationaux comme LIGO et VIRGO ne constitue-t-il pas une reconnaissance de véritables travaux théoriques à reconnaître?

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Des expériences de détection des trous noirs ont été proposées, financées et sont désormais des centres de recherche entièrement fonctionnels. Le prix Nobel de physique 2017 a été décerné à Rainer Weiss, Barry C. Barish et Kip S. Thorne pour des contributions décisives au détecteur LIGO et l’observation des ondes gravitationnelles. Le signal détecté à l’aide de l’observatoire LIGO provenait de la fusion de deux trous noirs. Il était, encore une fois, surprenant de constater que le prix n’était pas décerné à ceux qui avaient fait les véritables prédictions. Dans l’intervalle, le monde a perdu l’un des esprits les plus brillants de l’astrophysique, le professeur Stephen Hawking, en 2018. Les prix Nobel ne sont pas décernés à titre posthume. Et donc, Hawking, pour toutes ses contributions, ne recevra jamais le prix Nobel.

Le Nobel de Penrose est en retard de plusieurs décennies?

Lors d’une brève visite à l’Institut indien d’astrophysique du 2 au 9 janvier 1994, Sir Penrose a donné des conférences lors d’une conférence internationale sur la physique des particules (sans accélérateur). Nous nous attendions à ce qu’il reçoive un prix Nobel dans les années à venir. J’étais alors doctorant à l’Institut et nous étions ravis de l’entendre parler et d’interagir avec lui. Au cours de la conférence, le professeur Penrose a également écrit un article ‘Sur tLe rôle de la gravité dans la réduction de l’état quantique pour le Actes de la Conférence internationale sur la physique des particules non accélératrices, édité par le directeur de l’époque de l’IIA, le professeur R. Cowsik. Le professeur Penrose a été fait chevalier la même année, pour ses «services à la science». Il lui faudrait encore 26 ans pour gagner le prix Nobel pour ses contributions à la compréhension théorique des trous noirs. Il est réconfortant de voir, malgré le retard, que Sir Penrose a été reconnu par le Comité Nobel.

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Subramanyan Chandrasekhar, un astrophysicien d’origine indienne, a reçu le prix Nobel de physique en 1983, pour le travail qu’il a effectué au début des années 1930. Il a fallu environ 50 ans au Comité Nobel pour reconnaître son travail. N’oublions pas qu’Albert Einstein n’a jamais remporté le prix Nobel pour son travail intemporel sur la théorie générale de la relativité. De nombreux grands travaux théoriques et découverts sont décernés tardivement ou totalement manqués de considération pour le prix Nobel.

Peut-être est-ce parce qu’Alfred Nobel avait l’intention de décerner le prix aux inventions qui profitent le plus à l’humanité?

L’auteur est le directeur de l’Institut indien d’astrophysique de Bangalore et travaille dans l’étude des amas d’étoiles, de l’évolution et de la population stellaires dans les galaxies et les nuages ​​de Magellan. Elle tweete sur @fiddlingstars

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