Fred Hoyle

L'espace n'est pas du tout lointain. C'est seulement à une heure de voiture si votre voiture pouvait aller tout droit vers le haut.

Sir Fred Hoyle était un astronome anglais qui a formulé la théorie de la nucléosynthèse stellaire. Il a également adopté des positions controversées sur d'autres questions scientifiques, en particulier son rejet de la théorie du « Big Bang », un terme qu'il a inventé à la radio de la BBC, et sa promotion de la panspermie comme origine de la vie sur Terre. Il a également écrit des romans de science-fiction, des nouvelles et des pièces radiophoniques, et a coécrit douze livres avec son fils, Geoffrey Hoyle. Il a passé la majeure partie de sa carrière à l'Institut d'astronomie de Cambridge et en a été le directeur pendant six ans.

Début de la vie et carrière

Hoyle est né près de Bingley à Gilstead, West Riding of Yorkshire, Angleterre. Son père, Ben Hoyle, qui était violoniste et travaillait dans l'industrie textile à Bradford, a servi comme mitrailleur pendant la Première Guerre mondiale. Sa mère, Mabel Pickard, avait étudié la musique au Royal College of Music à Londres et a ensuite travaillé comme pianiste de cinéma. Hoyle a étudié à la Bingley Grammar School et a lu les mathématiques à Emmanuel College, Cambridge.

En 1936, il a remporté conjointement le Mayhew Prize avec George Stanley Rushbrooke.

Fin 1940, Hoyle a quitté Cambridge pour aller à Portsmouth travailler pour l'Amirauté sur la recherche radar, par exemple en mettant au point une méthode pour obtenir l'altitude des avions entrants. Il a également été chargé des contre-mesures contre les canons guidés par radar trouvés sur le Graf Spee. Le projet radar britannique employait plus de personnel que le projet Manhattan, et a probablement inspiré le grand projet britannique dans The Black Cloud. Deux collègues clés dans ce travail de guerre étaient Hermann Bondi et Thomas Gold, et les trois ont eu de nombreuses et profondes discussions sur la cosmologie. Le travail radar a payé quelques voyages en Amérique du Nord, où il a saisi l'occasion de visiter des astronomes. Lors d'un voyage aux États-Unis, il a appris les supernovae au Caltech et au Mount Palomar et, au Canada, la physique nucléaire de l'implosion et de l'explosion du plutonium, a remarqué une certaine similitude entre les deux et a commencé à penser à la nucléosynthèse des supernovae. Il avait une intuition à l'époque « Je me ferai un nom si cela fonctionne. » Finalement, en 1954, son article prémonitoire et révolutionnaire a été publié. Il a également formé un groupe à Cambridge explorant la nucléosynthèse stellaire dans les étoiles ordinaires et était préoccupé par la rareté de la production de carbone stellaire dans les modèles existants. Il a remarqué que l'un des processus existants serait rendu un milliard de fois plus productif si le noyau de carbone-12 avait une résonance à 7,7 MeV, mais les physiciens nucléaires n'en listaient pas une. Lors d'un autre voyage, il a visité le groupe de physique nucléaire au Caltech, y passant quelques mois de congé sabbatique et les a persuadés, contre leur grand scepticisme, de rechercher et de trouver l'état de Hoyle dans le carbone-12, dont a découlé une théorie complète de la nucléosynthèse stellaire, coécrite par Hoyle avec certains membres du groupe Caltech.

Après la guerre, en 1945, Hoyle est retourné à l'Université de Cambridge, commençant comme chargé de cours au St John's College, Cambridge. Les années de Cambridge de Hoyle, 1945–1973, l'ont vu monter au sommet de la théorie astrophysique mondiale, sur la base d'une originalité remarquable d'idées couvrant un très large éventail de sujets. En 1958, Hoyle a été nommé au prestigieux poste de Professeur d'astronomie de Plumian et de Philosophie expérimentale à l'Université de Cambridge. En 1967, il est devenu le directeur fondateur de l'Institut d'astronomie théorique, rebaptisé par la suite Institut d'astronomie, Cambridge, où le leadership novateur de Hoyle a rapidement fait de cette institution l'un des groupes de premier plan du monde pour l'astrophysique théorique. En 1971, il a été invité à prononcer la conférence commémorative MacMillan à l'Institution of Engineers and Shipbuilders en Écosse. Il a choisi le sujet « Astronomical Instruments and their Construction ». Hoyle a été anobli en 1972. Hoyle a démissionné de son poste de professeur Plumian en 1972 et de sa direction de l'institut en 1973, ce mouvement le coupant effectivement de la majeure partie de sa base de pouvoir établie, de ses connexions et de son salaire régulier.

Après avoir quitté Cambridge, Hoyle a écrit de nombreux livres de vulgarisation scientifique et de science-fiction, ainsi que présenté des conférences dans le monde entier. Une partie de la motivation pour cela était simplement de fournir un moyen de subsistance. Hoyle était toujours membre du comité de politique conjointe depuis 1967, lors de la phase de planification du télescope anglo-australien de 150 pouces à Siding Spring Observatory en Nouvelle-Galles du Sud. Il est devenu président du conseil du télescope anglo-australien en 1973 et a présidé à son inauguration en 1974 par Charles, Prince of Wales. Après sa démission de Cambridge, Hoyle s'est installé dans le Lake District et a occupé son temps par un mélange de randonnées sur la lande, la rédaction de livres, la visite de centres de recherche dans le monde entier et le travail sur des idées scientifiques qui ont été presque universellement rejetées. Le 24 novembre 1997, en faisant une randonnée sur la lande dans l'ouest du Yorkshire, près de sa maison d'enfance à Gilstead, Hoyle a chuté dans un ravin escarpé appelé Shipley Glen. Environ douze heures plus tard, Hoyle a été trouvé par un chien de recherche. Il a été hospitalisé pendant deux mois avec une pneumonie et des problèmes rénaux résultant tous deux de l'hypothermie, ainsi qu'une épaule cassée due à la chute. Après cela, il a connu un déclin marqué, souffrant de problèmes de mémoire et d'agilité mentale. En 2001, il a souffert d'une série d'accidents vasculaires cérébraux et est décédé à Bournemouth le 20 août de cette année.

Origine de la nucléosynthèse

Hoyle a écrit les deux premiers articles de recherche jamais publiés sur la synthèse des éléments chimiques plus lourds que l'hélium par des réactions nucléaires dans les étoiles. Le premier d'entre eux en 1946 a montré que les noyaux des étoiles évolueront vers des températures de milliards de degrés, beaucoup plus chaudes que les températures considérées pour l'origine thermonucléaire de la puissance stellaire dans les étoiles de la séquence principale. Hoyle a montré qu'à de si hautes températures, l'élément fer peut devenir beaucoup plus abondant que d'autres éléments lourds en raison de l'équilibre thermique entre les particules nucléaires, expliquant l'abondance naturelle élevée du fer. Cette idée s'appellerait plus tard le processus e. La deuxième publication fondatrice de nucléosynthèse de Hoyle a montré que les éléments entre le carbone et le fer ne peuvent pas être synthétisés par de tels processus d'équilibre. Il a attribué ces éléments à des réactions de fusion nucléaire spécifiques entre les constituants abondants dans les coquilles concentriques d'étoiles massives évoluées, pré-supernova. Cette image étonnamment moderne est le paradigme accepté aujourd'hui pour la nucléosynthèse des supernovae de ces éléments primaires. Au milieu des années 1950, Hoyle est devenu le leader d'un groupe de physiciens expérimentaux et théoriciens très talentueux qui se rencontraient à Cambridge : William Alfred Fowler, Margaret Burbidge et Geoffrey Burbidge. Ce groupe a systématisé les idées fondamentales sur la façon dont tous les éléments chimiques de notre univers ont été créés, ce qui est maintenant un domaine appelé nucléosynthèse. Célèbre, en 1957, ce groupe a produit l'article B2FH connu pour les initiales des quatre auteurs dans lequel le domaine de la nucléosynthèse a été organisé en processus nucléaires complémentaires. Ils ont également ajouté beaucoup de nouveau matériel sur la synthèse des éléments lourds par des réactions de capture de neutrons, les soi-disant processus s et processus r. L'article B2FH est devenu tellement influent que pour le reste du vingtième siècle, il est devenu la citation par défaut de presque tous les chercheurs souhaitant citer une origine acceptée de la théorie de la nucléosynthèse, et en conséquence, l'article de Hoyle de 1954 révolutionnaire a sombré dans l'obscurité. La recherche historique du 21e siècle a ramené l'article de Hoyle de 1954 à la prominence scientifique. Ces arguments historiques ont d'abord été présentés à un rassemblement d'experts en nucléosynthèse assistant une conférence de 2007 au Caltech organisée après les décès de Fowler et Hoyle pour célébrer le 50e anniversaire de la publication de B2FH. Ironiquement, l'article B2FH n'a pas examiné l'attribution par Hoyle en 1954 des coquilles de supernova de l'origine des éléments entre le silicium et le fer malgré la coauteur de Hoyle de B2FH. Sur la base de ses nombreuses discussions personnelles avec Hoyle, Donald D. Clayton a attribué cet oubli apparemment inexplicable dans B2FH au manque de relecture par Hoyle du brouillon composé au Caltech en 1956 par G.R. Burbidge et E.M. Burbidge.

Le deuxième article sur la nucléosynthèse de Hoyle a également introduit un usage intéressant du principe anthropique, qui n'était alors pas connu par ce nom. En essayant de déterminer les voies de la nucléosynthèse stellaire, Hoyle a calculé qu'une réaction nucléaire particulière, le processus triple-alpha, qui génère le carbone à partir de l'hélium, nécessiterait que le noyau de carbone ait une énergie de résonance et un spin très spécifiques pour fonctionner. La grande quantité de carbone dans l'univers, ce qui rend possible l'existence de formes de vie à base de carbone de toute sorte, a démontré à Hoyle que cette réaction nucléaire doit fonctionner. Sur la base de cette notion, Hoyle a donc prédit les valeurs de l'énergie, du spin nucléaire et de la parité de l'état composé dans le noyau de carbone formé par trois particules alpha noyaux d'hélium, ce qui a été confirmé ultérieurement par l'expérience.

Ce niveau d'énergie, bien que nécessaire pour produire du carbone en grande quantité, était statistiquement très peu probable de se situer où il se trouve dans le schéma des niveaux d'énergie du carbone. Hoyle a écrit plus tard :

Ne diriez-vous pas à vous-même « Un super-intellect calculant doit avoir conçu les propriétés de l'atome de carbone, sinon la chance de trouver un tel atome par les forces aveugles de la nature serait absolument minuscule. Une interprétation du bon sens des faits suggère qu'un superintellect a manipulé la physique, ainsi que la chimie et la biologie, et qu'il n'y a pas de forces aveugles dignes de mention dans la nature. Les nombres que je calcule à partir des faits me semblent tellement accablants qu'ils mettent cette conclusion presque au-delà du doute. »

Son collègue William Alfred Fowler a finalement remporté le Prix Nobel de physique en 1983 avec Subrahmanyan Chandrasekhar, mais pour une raison quelconque, la contribution originale de Hoyle a été négligée par les électeurs, et beaucoup ont été surpris qu'un astronome aussi notable ait raté. Fowler lui-même dans une esquisse autobiographique a affirmé les efforts pionniers de Hoyle :

Une plaque bleue à la Bingley Grammar School le commémorant. Le concept de nucléosynthèse dans les étoiles a d'abord été établi par Hoyle en 1946. Cela a fourni un moyen d'expliquer l'existence d'éléments plus lourds que l'hélium dans l'univers, essentiellement en montrant que les éléments critiques tels que le carbone pourraient être générés dans les étoiles puis incorporés dans d'autres étoiles et planètes lorsque cette étoile « meurt ». Les nouvelles étoiles formées commencent maintenant avec ces éléments plus lourds et des éléments encore plus lourds en sont formés. Hoyle a théorisé que d'autres éléments plus rares pourraient être expliqués par les supernovae, les explosions géantes qui se produisent occasionnellement dans l'univers, dont les températures et les pressions seraient nécessaires pour créer de tels éléments.

Rejet du Big Bang

Tout en n'ayant aucune objection à la théorie de Lemaître confirmée ultérieurement par les observations d'Edwin Hubble selon laquelle l'univers était en expansion, Hoyle était en désaccord avec son interprétation. Il trouvait l'idée que l'univers avait un commencement pseudoscientifique, ressemblant à des arguments pour un créateur, « car c'est un processus irrationnel, et ne peut pas être décrit en termes scientifiques » voir l'argument cosmologique de Kalam. Au lieu de cela, Hoyle, aux côtés de Thomas Gold et Hermann Bondi, avec lesquels il avait travaillé sur le radar pendant la Seconde Guerre mondiale, a commencé en 1948 à plaider pour un univers en « état stable » et a formulé sa théorie de l'état stable. La théorie tentait d'expliquer comment l'univers pourrait être éternel et essentiellement inchangé tout en ayant les galaxies que nous observons s'éloignant les unes des autres. La théorie dépendait de la création de matière entre les galaxies au fil du temps, de sorte que même si les galaxies s'éloignent, de nouvelles qui se développent entre elles remplissent l'espace qu'elles laissent. L'univers résultant est dans un « état stable » de la même manière qu'un fleuve qui s'écoule, les molécules d'eau individuelles s'éloignent mais le fleuve global reste le même.

La théorie était une alternative au Big Bang qui, comme le Big Bang, était d'accord avec les observations clés de l'époque, à savoir les observations du décalage vers le rouge de Hubble, et Hoyle était un critique virulent du Big Bang. Il a inventé le terme « Big Bang » sur le programme Third Programme de BBC Radio le 28 mars 1949. Il a été largement rapporté par George Gamov et ses adversaires que Hoyle avait l'intention d'être péjoratif, et le script qu'il lisait à haute voix a été interprété par ses adversaires comme « vain, unilatéral, insultant, indigne de la BBC ». Hoyle a explicitement nié qu'il était insultant et a dit que c'était juste une image frappante destinée à mettre l'accent sur la différence entre les deux théories pour le public de la radio. Dans une autre interview de la BBC, il a dit « La raison pour laquelle les scientifiques aiment le « big bang » est qu'ils sont éclipsés par le Livre de la Genèse. C'est profondément ancré dans la psyché de la plupart des scientifiques de croire à la première page de la Genèse ».

Hoyle a eu une dispute célèbrement féroce avec Martin Ryle du Cavendish Radio Astronomy Group concernant la théorie de l'état stable de Hoyle, ce qui a quelque peu restreint la collaboration entre Cavendish