L'univers a un début
Hawking commence par l'expansion de l'univers (la découverte de Hubble, 1929) et remonte le temps : si les galaxies s'éloignent aujourd'hui, elles étaient plus proches par le passé. Une extrapolation vers le passé conduit à un moment de densité infinie : le Big Bang, il y a environ 13,8 milliards d'années. La relativité générale prédit que l'univers a commencé par une singularité. Les théorèmes de singularité de Penrose-Hawking prouvent que cela est inévitable sous des conditions plausibles.
L'espace et le temps pourraient ne pas avoir de limites
L'affirmation cosmologique la plus originale du livre : l'hypothèse « sans bord » (avec Jim Hartle). Tout comme la Terre n'a pas de bord — on peut voyager vers le sud indéfiniment sans tomber — Hawking et Hartle ont proposé que l'espace et le temps n'ont pas de limites. « La condition aux limites de l'univers, c'est qu'il n'a pas de limites. » L'univers n'a pas commencé par une singularité ; le temps lui-même est né avec l'univers. Il n'y avait pas d'« avant » le Big Bang.
Trous noirs et rayonnement de Hawking
Hawking explique sa plus grande découverte : les trous noirs émettent un rayonnement thermique (rayonnement de Hawking) en raison d'effets quantiques près de l'horizon des événements. Cela signifie que les trous noirs perdent lentement de la masse et finissent par s'évaporer — une connexion profonde entre la relativité générale, la mécanique quantique et la thermodynamique. Le paradoxe de l'information (ce qu'il advient de l'information tombant dans un trou noir) est posé mais non résolu.
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Passer le test de QI →La flèche du temps
Les lois de la physique sont (pour la plupart) symétriques dans le temps : elles fonctionnent aussi bien vers l'avant que vers l'arrière. Pourtant, nous faisons l'expérience d'une flèche du temps bien précise : le passé est fixe, le futur ouvert ; l'entropie augmente. Hawking soutient que trois flèches du temps coïncident : la flèche thermodynamique (l'entropie augmente), la flèche psychologique (nous nous souvenons du passé, pas du futur) et la flèche cosmologique (l'univers est en expansion plutôt qu'en contraction).
« L'esprit de Dieu »
Hawking termine sur la question d'une théorie unifiée : si nous parvenions à combiner la relativité générale et la mécanique quantique, « nous connaîtrions l'esprit de Dieu ». Il ne faut pas l'entendre littéralement : Hawking était athée. Cette expression signifie qu'une théorie physique complète répondrait à la question ultime du pourquoi et constituerait une connaissance totale de la réalité physique.
Foire aux questions
De quoi parle Une brève histoire du temps ?
Le livre de Hawking couvre le Big Bang et l'origine de l'univers, les trous noirs et le rayonnement de Hawking, l'hypothèse sans bord (l'univers n'a pas de début ni de bord en temps imaginaire), la flèche du temps et la quête d'une théorie unifiée de la mécanique quantique et de la relativité générale. Il soutient que la science s'approche d'une compréhension complète de l'origine et de la structure de l'univers.
Qu'est-ce que l'hypothèse sans bord ?
L'hypothèse sans bord de Hartle-Hawking suggère que l'univers n'a pas de singularité initiale — pas plus de « bord » dans le temps que la Terre n'a de bord géographique. En temps imaginaire, l'univers est fini mais sans limites, comme la surface d'une sphère. Le temps lui-même est né avec l'univers ; demander ce qu'il y avait avant revient à demander ce qu'il y a au sud du pôle Sud.
Hawking croyait-il en Dieu ?
Hawking était athée ou agnostique et utilisait le langage religieux de manière métaphorique. Sa référence à « l'esprit de Dieu » dans A Brief History of Time désigne une théorie physique complète, et non une divinité. Il a déclaré publiquement en 2010 : « Je considère le cerveau comme un ordinateur qui cessera de fonctionner lorsque ses composants tomberont en panne. Il n'y a ni paradis ni vie après la mort pour les ordinateurs en panne ; c'est un conte de fées pour les gens qui ont peur du noir. »