
French: 
Bonjour à tous ! Aujourd'hui, à
l'occasion de la sortie du film qui lui est consacré,
je voudrais vous parler de Stephen Hawking et de ses travaux de recherche sur…
la théorie du tout !
Vous avez peut-être vu qu'en France est sorti, il y a quelques jours ce film qui
s'appelle « Une merveilleuse histoire du temps ».
…et c'est un film qui retrace la vie du
célèbre astrophysicien Stephen Hawking.
Vous savez peut-être que ce à quoi Stephen Hawking a consacré une bonne partie de sa vie de chercheur,
c'est la recherche de ce qu'on appelle « la théorie du tout »
D'ailleurs c'est le titre en anglais du film, ça s'appelle «The Theory of Everything »
Alors aujourd'hui je voudrais vous
expliquer : Qu'est-ce que c'est la théorie du tout ?
Pourquoi on l'appelle comme ça ?
Pourquoi on la cherche ?
Et puis… qu'est-ce qu'a fait Hawking là dedans ?
Pour comprendre ce que c'est que la
théorie du tout,
il faut remonter à la première moitié du 20ème siècle.
Vous savez peut-être qu'à cette
époque
ont eu lieu deux très grandes révolutions en physique fondamentale.
La première, ça a été la découverte
de la théorie de la relativité générale par Einstein.

English: 
Hello to everyone! Today, simultaneously to the opening of the movie dedicated to him,
I'd like to talk to you about Stephen Hawking and his research work about
the Theory of Everything !
Maybe you noticed a few days ago in France the opening of this movie
called "Une merveilleuse histoire du temps" [literally: A wonderful history of Time]
and this movie recounts the life of the famous astrophysicist Stephen Hawking.
You may know that Stephen Hanwking dedicated a great part of his life as a researcher
to the pursuit of what we call "the Theory of Everything"
This is in fact the English title of the movie, called "the Theory of Everything".
So, today I'd like to explain :
What is the Theory of Everything?
Why do we call it like that?
Why are we researching it?
And...what is Hawking's contribution in it?
To understand better what is the Theory of Everything,
we have to go back to the first half of the 20th Century.
You may already know that at this period
there was 2 very big revolutions in Fundamental Physics.
The first one was the discovery of the General Relativity theory by Einstein.

English: 
The General Relativity theory is a theory about the force of Gravitation (Gravity).
In fact, at the time Einstein proposed his theory,
we already had a theory of Gravity.
It was Newton's Theory : the law of Universal Attraction.
The one we are taught during high school.
Einstein started with a different postulate. He proposed that
if massive objects are attracted to each other, it is not because of a force between them,
but because they curve the space-time continuum.
Einstein's theory doesn't actually bring many new things
compared to Newton's theory ...
except when the objects are very massive.
There is in particular 2 very special cases.
The first one is the existence of Black Holes.
Einstein's theory indicates: "there are regions of space
from which nothing can escape... not even light !"
... that's what we call Black Holes.
And today we know that Black Holes exist.There is actually one
quietly sitting in the middle of our Galaxy.
and you can even look in its direction if, during summer, you aim for
the Sagittarius constellation.
The other big discovery coming from Einstein's Theory
is the idea of an expanding Universe.
Einstein's Theory tells us that

French: 
La théorie de la relativité générale
c'est une théorie de la force de gravité.
En fait, à l'époque où Einstein propose sa théorie,
on avait déjà une théorie de la force de
gravité.
C'était la théorie de Newton : La loi de l'attraction universelle,
celle qu'on apprend physique au lycée.
Et Einstein est parti d'un principe différent. Il a proposé que
si les corps massif s'attirent, ce n'est pas parce qu'il existe une force entre eux
mais c'est parce qu'ils courbent l'espace-temps.
Alors la théorie d'Einstein, en fait, elle n'apporte pas énormément de choses
nouvelles par rapport à celle de Newton…
sauf quand les objets sont très lourds.
Il y a notamment deux cas très particuliers.
Le premier c'est l'existence des trous
noirs.
La théorie d'Einstein nous dit : « Il existe des régions l'espace
dont rien ne ne peut s'échapper… même pas la lumière ! »
…ce qu'on appelle les trous noirs.
Et aujourd'hui on sait que les trous noirs existent,
par exemple il y en a un
qui est tranquillement assis en plein
milieu de notre galaxie
et d'ailleurs vous pouvez regarder dans sa
direction si, en été, vous visez
la constellation du sagittaire.
L'autre grande nouveauté qui a été
apportée par la théorie d'Einstein,
c'est l'idée de l'expansion de l'univers.
La théorie d'Einstein nous dit que,

English: 
the Universe is expanding
and that if we go back in time, if we rewind the movie of the Universe's history,
until 13.8 billion years,
the Universe was in a very dense state, completely condensed on itself,
and very hot, and this period is what we call the Big Bang.
Big Bang is directly deduced from the General Relativity theory.
The other big revolution that occured more or less at the same time, in parrallel,
is the Quantum Theory.
Quantum Mechanics are a bit on the opposite side of General Relativity,
because it is a theory about matter at the microscopic level.
By microscopic, what are we talking about? We talk about
atoms... and also everything underneath, everything smaller,
protons, electrons... every elementary particles.
And Quantum Mechanics
describes a world that, at this microscopic level,
is very different from the world we are used to, at the macroscopic level.
The best way to understand this is to think about an atom. You know,
we used to represent an atom as a kind of small solar system,
with electrons orbiting around protons,
a little in the same way as planets orbit around a star.
In fact, Quantum Mechanics

French: 
l'univers est en expansion
et que si on remonte le temps, qu'on remonte le film de l'histoire de l'univers,
il y a 13,8 milliards d'années,
il était dans un état complètement
contracté sur lui-même très dense,
très chaud et c'est ça qu'on appelle
le Big Bang.
Le Big Bang est une conséquence de la
relativité générale.
L'autre grande révolution qui a eu
lieu à peu près à la même période, en parallèle,
c'est la mécanique quantique.
La mécanique quantique c'est un petit
peu l'opposé de la relativité générale,
puisque c'est une théorie de la
matière au niveau microscopique.
Par microscopique, qu'est ce qu'on entend ? On entend…
…les atomes… et puis tout ce qui est en dessous, tout ce qu'il y a de plus petit,
les protons, les électrons… toutes les
particules fondamentales.
Et la mécanique quantique,
elle nous décrit un monde qui, au niveau microscopique,
est assez différent du monde
dont on a l'habitude au niveau macroscopique.
Le mieux, pour comprendre ça, c'est de penser à un atome… vous savez,
on représente souvent un atome comme une sorte de système planétaire,
des électrons qui tournent autour des protons,
un peu de la même manière que des
planètes peuvent tourner autour d'une étoile.
En fait, la mécanique quantique

French: 
nous dit que les choses se passent d'une
manière assez différente.
Pour les planètes qui tournent autour
d'une étoile,
elles se trouvent, en général, à une
distance donnée de l'étoile
mais elles pourraient se trouver, à priori, à
n'importe quelle autre distance
il n'y a pas de distance imposée.
Au niveau microscopique, pour les
électrons
il y a des orbites imposées. C'est à dire qu'un électron ne peut se trouver qu'à
une certaine distance du proton.
Il peut se trouver sur une orbite, il
peut trouver sur la suivante, mais
il ne peut pas se trouver entre les deux
Les choses sont discontinues, on dit parfois qu'elles sont « quantifiées »,
d'ailleurs c'est ce qui donne son nom à la mécanique quantique.
L'autre grande nouveauté au niveau
microscopique c'est que
les particules peuvent être dans plusieurs
états à la fois.
Vous savez, l'image habituelle qu'on donne, c'est celle du chat de Shrödinger,
le chat qui est à la fois mort et vivant.
Et bien pour un électron qui tourne autour
d'un proton dans un atome,
ça se passe exactement comme ça.
L'électron, il est…
dans toutes les positions de son orbite
à la fois. Il est partout à la fois sur son orbite.
Donc quelque chose de très différent
de ce dont on a l'habitude
nous, au niveau macroscopique.
La mécanique quantique, ça peut vous paraître bizarre mais il faut savoir que ça marche très très bien.

English: 
tells us that things happen in quite a different way.
For planets orbiting a star,
they usually are at a specific distance from the star
but they can be, in theory, at any distance
there is no mandatory distance.
At the microscopic level, for electrons,
there are mandatory orbits.This means that an electron can only be at
a specific distance from the proton.
It can be on an orbit, or on the next one, but
it can't be in-beetwen the two.
Things are discontinuous, and we sometimes say that things are "quantified".
In fact, that is what gives its name to Quantum Mechanics.
The other big news at the microscopic level is that
particles can be in several states simultaneously.
You know, the usual image we give is that of Schrödinger's Cat,
the cat that can be simultaneously dead and alive.
For an electron orbiting around a proton in an atom,
this is exactly what happens.
The electron is ...
in every positions of its orbit at the same time. It is everywhere on its orbit.
So it is a very different thing compared to what we are used to
ourselves, at the macroscopic level.
Quatum Mechanics can appear to be quite weird, but you have to know that this theory works very well.

English: 
First of all, this is the basis of all our current understanding of Particles Physics
... and not only in (particle) accelerators, but
Quantum Mechanics is also what allows us to understand
how semiconductors work
and thus how to make transistors, microprocessors,
and without Quantum Mechanics,
you may not be watching this video.
Ok, all this is good and well, but
very quickly, physicists understood that Quantum Mechanics, and
General Relativity, were 2 completely incompatible theory.
This can be seen already...in General Relativity, everything is continuous,
and every thing is in a well determined state.
In Quantum Mechanics,
things are discontinous, and objects can be in several states at the same time.
So those two theories are fundamentally incompatible.
And you know Physicists... They really like trying to unify things.
If they could have only one Theory that encompasses those two, that would suit them very well.
And so this is that hypothetical Theory that would encompass both
that we call - a little pompously -
the Theory of Everything.
Here, I can hear you tell me: "Why do we care to have a Theory of Everything?"

French: 
Déjà, c'est ce qui est à la base de toute notre
compréhension actuelle de la physique des particules
…et ce n'est pas seulement dans les
accélérateurs (de particules), puisque
la mécanique quantique, c'est ce qui nous permet de comprendre
comment marchent les semiconducteurs
et donc de faire des transistors des
microprocesseurs…
et donc sans mécanique quantique,
vous ne seriez peut-être pas en train de regarder cette vidéo.
Alors, tout ça c'est très bien mais
assez vite, les physiciens se sont rendus
compte que la mécanique quantique et la
relativité générale étaient deux
théories totalement incompatibles
Ça se voit un peu… en relativité
générale tout est continu,
toutes les choses sont dans un état bien
déterminé.
En mécanique quantique,
les choses sont discontinues, les objets
sont dans plusieurs états à la fois.
donc ces deux théories sont
fondamentalement incompatibles.
Et vous savez, les physiciens… ils aiment bien essayer d'unifier les choses.
S'ils pouvaient avoir une seule théorie qui englobe les deux, ça les arrangerait bien.
Et donc, c'est cette hypothétique
théorie qui engloberait les deux
qu'on appelle – un peu pompeusement –
la théorie du tout
Là vous allez me dire : « Qu'est-ce
qu'on s'en fiche d'avoir une théorie du tout ? »

English: 
I told you: "Quantum Mechanics is for microscopic objects...
...and General Relativity is for very heavy objects ".
In general, very massive objects are not microscopic,
and microscopic objects are not very heavy.
Well, this is not entirely true...
we know at least 2 cases where we need a theory
that regroups Quantum Mechanics and General Relativity.
The first one is to understand what happens inside Black Holes.
You know, a Black Hole is only accumulating matter
All this matter falls in the center of the Black Hole
and so at the center of the Black Hole, we have a huge amount of matter concentrated in a very small volume.
To understand what really happens at the center of a Black Hole,
we need to have a Theory that allows to do both
General Relativity and Quantum Mechanics
We need a Theory of Everything.
The other case is ...
about the very first moments of the Big Bang.
In fact, in the first moments of the Big Bang,
the Universe was in a very, very concentrated state. It was very heavy...
but it was also so contracted that to really understand what
happened then, we need a Theory of Everything.
And this is very important because, you know, we often

French: 
Je vous ai dit « la mécanique quantique c'est pour les objets microscopiques…
…et la relativité générale c'est pour
les objets très lourds ».
En général, les objets très
lourds ne sont pas microscopiques
et les objets microscopiques ne sont pas très lourds.
En fait ce n'est pas tout à fait vrai…
on connaît au moins deux cas où on aurait bien besoin d'une théorie
qui regroupe mécanique quantique et
relativité générale.
Le premier c'est pour comprendre ce qu'il
se passe au centre des trous noirs.
Vous savez, un trou noir, ça ne fait qu'accumuler de la matière
toute cette matière tombe au centre du trou noir
et donc au centre du trou noir, on a énormément de matière qui se concentre dans un très petit volume.
Pour comprendre ce qu'il se passe vraiment
au centre d'un trou noir,
il faut qu'on ait une théorie qui
permette de faire à la fois de la
relativité générale et la mécanique
quantique.
Il faut qu'on ait une théorie du tout.
L'autre cas, c'est…
celui des premiers instants du Big Bang.
En fait, dans les premiers instants du
Big Bang,
l'univers était dans un état très très
contracté. Alors il était très lourd…
mais il était tellement contracté que
pour comprendre vraiment ce qui s'est
passé à ce moment-là, il faut qu'on
ait une théorie du tout.
Et c'est très important parce que, vous
savez, on dit souvent

French: 
« l'univers est né il y a 13,8 milliards
d'années »
En fait, c'est pas vrai, en fait on n'en
sait rien
Si on veut vraiment comprendre ce qui
s'est passé à ce moment-là,
il faut qu'on ait une théorie qui
permettent de faire de la relativité
générale et de la mécanique quantique
en même temps.
Alors, qu'est-ce qu'a fait Hawking
là-dedans ?
Hawking a été le premier,
dans les années 70, à réussir à mélanger un tout petit peu
la mécanique quantique et la
relativité générale.
Plus précisément, Hawking travaillait sur la physique des trous noirs,
et il a montré que si on mettait un peu
de mécanique quantique dans les trous noirs,
on trouvait que les trous noirs émettaient un rayonnement.
On avait l'habitude de dire « Un trou noir
c'est quelque chose qui ne peut
qu'avaler des choses. Ça ne peut rien émettre. »
Et Hawking montre que non : si on
prend en compte la mécanique quantique,
l'image change et les trous noirs
émettent un rayonnement.
Ce rayonnement c'est de l'énergie
et donc si le trou noir émet de l'énergie : sa masse diminue.
Donc les trous noirs peuvent maigrir et
peuvent même disparaître complètement.
C'est ce qu'on appelle l'évaporation
des trous noirs.
Et donc ça a été une petite révolution
puisque, pour la première fois,

English: 
say "the Universe was born 13.8 billion years ago"
In fact, it isn't true, we don't really know.
If we really want to understand what happened at that time,
we need to have a Theory that allows one to do both General Relativity
and Quantum Mechanics, at the same time.
So, what has Hawking done in all this?
Hawking was the first,
in the seventies, to manage to mix a little bit
both Quantum Mechanics and General Relativity.
More precisely, Hawking worked on the physics of Black Holes,
and he showed that if we put a little bit of Quantum Gravity in Black Holes,
we find out that they actually emit a radiation.
We used to say "A black hole is something that can
only swallow things. It can not emit anything."
And Hawking showed that no : if we take Quantum Mechanics into account,
that picture changes, and Black Holes emit a radiation.
That radiation is energy
and thus, if Black Holes emit energy : its mass diminished.
So Black Holes can diminish, and they actually can completely disappear.
That's what we call the Black Hole Evaporation.
And this was a little revolution as, for the first time,

English: 
someone managed to mix a bit
of Quantum Mechanics and General Relativity.
Moreover, by doing this, this changed completely the image we had about Black Holes.
And so this is what remains Hawking's biggest find,
his big scientific discovery.
His name is even attached to this because we call the Black Hole radiation
the "Hawking Radiation".
So today, where are we in this research of a Theory of Everything?
Well, in fact, we are not really much further than where we were at the time of Hawking's contribution.
The most elaborate attempt to this day - at least, the
one that has the most researchers and also the most publicity -
is called the String Theory.
String Theory's idea is to reset everything to zero, and to postulate:
" Actually, the work is not made of particles,
but it is made of little uni-dimensionnal objects,
which are a kind of little strings,
and that can, like particles, move,
interact, disintegrate, merge, etc.
String Theory allows us to solve quite a number of problems
that we had before while trying to mix a little too simply
General Gravity and Quantum Mechanics.

French: 
quelqu'un arrivait à mélanger un petit peu
de la mécanique quantique dans la
relativité générale.
Et en plus, en faisant ça, cela modifiait complètement l'image qu'on avait des trous noirs.
Et donc c'est ça qui reste la grande trouvaille de Hawking,
sa grande découverte scientifique.
D'ailleurs son nom est resté attaché à ça puisque ce rayonnement des trous noirs,
on l'appelle « le rayonnement de Hawking »
Alors aujourd'hui, où est-ce qu'on en
est dans la recherche d'une théorie du tout ?
Et bien, en fait, on n'est pas forcément beaucoup
plus loin que là où on était à l'époque de Hawking.
La tentative la plus aboutie
aujourd'hui – en tout cas celle qui
bénéficie du plus de chercheurs et
aussi du plus de publicité –
elle s'appelle la théorie des cordes.
La théorie des cordes, son idée c'est
de reprendre un peu les choses à zéro et de dire :
« Finalement le monde n'est pas fait de
particules
mais il est fait de petits objets uni-dimensionnels,
qui sont des petites cordes
et qui, comme les particules, peuvent se
balader,
interagir, se désintégrer, fusionner, etc.
La théorie des cordes permet
de résoudre un certain nombre de problèmes
qu'on avait quand on essayait de mélanger un
peu naïvement
la relativité générale et la
mécanique quantique.

English: 
There is just a price to pay, which is that String Theory only works
in ten dimensions.
You can not go a String Theory in Four dimensions
or in 18 dimensions...It has to be in 10 dimensions.
One dimension of time, and nine dimensions of space.
This is a problem, because
until proven otherwise, today, space dimensions,
we only saw 3 of them.
So we have to explain where are the other six.
Today, String Theory is the most developped approach,
but it is still far from being called "the Theory of Everything".
And you have to know that there is not only String Theory in life,
there are also other approaches
and in particular one, those last twenty years, we saw a new approach that
was developped, called Loop Quantum Gravity.
Don't be mistaken by the term of loop.
The loops in Loop Quantum Gravity
have almost nothing in common with the Strings in String Theory
and this approach is very interresting because, for once,
it works in four dimensions. This is, one dimension of time,
and three dimensions of space.
In particular, the Physicist that are working on that subject
have looked into what we can comprehend of the very first times of the Big Bang

French: 
Il y a juste un prix à payer, c'est que la
théorie des cordes, elle ne marche que
en dix dimensions.
Vous ne pouvez pas faire de théorie des
cordes en quatre dimensions
ou en 18 dimensions… C'est dix dimensions obligatoires.
Une dimension de temps, neuf dimensions d'espace.
Ça c'est un problème, parce que
jusqu'à preuve du contraire, aujourd'hui,
des dimensions d'espace,
on n'en a vu que trois.
Donc il faut expliquer où sont les six autres.
Aujourd'hui, la théorie des cordes
est l'approche la plus développée,
mais elle est encore loin de pouvoir
prétendre à être « la théorie du tout »
Et puis il faut savoir qu'il n'y a pas que la
théorie des cordes dans la vie,
il y a d'autres approches
et notamment, ces vingt dernières
années, il y a une nouvelle approche qui
s'est développée qui s'appelle la
gravité quantique à boucles.
Il ne faut pas vous laisser tromper par
le terme de boucles.
Les boucles de la gravité quantique à boucles
n'ont à peu près rien à voir avec les
cordes de la théorie des cordes
et c'est une approche très intéressante parce que, notamment,
elle fonctionne en quatre dimensions.
C'est-à-dire une dimension de temps
et trois dimensions d'espace.
Et en particulier, les physiciens qui travaillent sur le sujet
ont regardé comment on pouvait comprendre
les premiers instants du Big Bang

French: 
en utilisant cette théorie.
Et ce qu'ils ont vu, c'est qu'il était
possible que
notre univers ne soit en fait pas né
il y a 13,8 milliards d'années,
mais soit le résultat…
du rebond d'un univers précédent !
Donc, il faut s'imaginer un univers
précédent qui se serait effondré sur lui même
et qui, juste avant d'atteindre une taille ponctuelle, aurait rebondit
et aurait donné notre univers à nous.
Alors, il faut que je vous dise,
cette approche de la gravité quantique
à boucles,
j'ai un petit faible pour elle parce que
c'était mon sujet de recherche
il y a quelques années.
Je vous le promet : un jour je vous ferai une
vidéo spécifique sur la gravité quantique à boucles.
Merci d'avoir suivi cette
vidéo, j'espère qu'elle vous a plu.
Sachez que vous pouvez vous abonner à la chaîne.
Vous pouvez aussi me retrouver sur mon blog : Science étonnante
ainsi que sur Facebook
et sur Twitter. À bientôt !

English: 
when using that Theory.
And what they saw is that it was possible that
our Universe is not actually born 13.8 billion years ago,
but that it is the result...
of a resurging of a previous Universe!
So you have to imagine a previous Univese that has collapsed on itself
and that, just before it reached the size of a point, had bounced upon iself
and gave our own Universe.
So, I have to tell you something about
this approach of Loop Quantum Gravity,
I have a slight preference for it, as it was my research subject
a few years ago.
I promise you : one day I'll make a video dedicated to Loop Quantum Gravity.
Thank you for watching this video, I hope you liked it.
You should know that you can subscribe to this channel.
You can also find me on my blog: Science étonnante (Surprising Science)
as well as on Facebook and Twitter. See you next time!
