Roger Penrose — le trou noir n’est pas une hypothèse, c’est un théorème

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Avant lui, on pensait que les trous noirs étaient une curiosité mathématique, un artefact des cas trop parfaits. En janvier 1965, un article de trois pages a montré qu’ils sont au contraire inévitables : dès qu’une étoile massive s’effondre assez, la relativité générale force l’apparition d’une singularité. Cinquante-cinq ans plus tard, ce résultat lui a valu le prix Nobel — et Einstein, lui, n’y croyait pas.

Le doute qu’il a levé

Dans les années 1930, on savait qu’une étoile parfaitement sphérique pouvait s’effondrer en un point. Mais parfaitement sphérique, aucune étoile ne l’est. On soupçonnait donc que la singularité était un mirage : ajoutez une bosse, une rotation, un peu de désordre, et l’effondrement s’arrêterait avant le point de non-retour. Le trou noir n’aurait été qu’une idéalisation.

L’idée qui change tout : la surface piégée

Penrose contourne l’obstacle par une invention géométrique. Plutôt que de suivre la matière, il suit la lumière. Il définit une surface piégée : une région où même les rayons lumineux dirigés vers l’extérieur convergent quand même vers l’intérieur. Une fois cette surface formée, montre-t-il, l’effondrement ne peut plus être stoppé — quelle que soit la forme de l’étoile, symétrique ou non. Ce ne sont plus les détails qui comptent, mais la seule structure causale de l’espace-temps. Établi

Ce que le théorème ne dit pas

Voici le point que la vulgarisation escamote presque toujours. Le théorème de 1965 prouve l’existence d’une singularité — un endroit où les lois cessent. Il ne prouve pas, à lui seul, l’existence d’un trou noir, c’est-à-dire d’un horizon qui cache cette singularité au reste du monde. Rien, dans le théorème, n’interdit une singularité nue, visible de l’extérieur. Penrose en était parfaitement conscient. Établi

La censure qu’il a proposée — et que personne n’a démontrée

Pour combler cet écart, il formule à la fin des années 1960 la conjecture de censure cosmique : la nature interdirait les singularités nues ; toute singularité serait pudiquement voilée par un horizon. L’hypothèse est belle, largement crue vraie, et elle résiste depuis un demi-siècle à toute démonstration. On ne sait toujours ni la prouver, ni l’énoncer d’une façon qui échappe aux contre-exemples. C’est l’un des grands problèmes ouverts de la relativité. Débattu

Et une trouvaille en passant : voler de l’énergie

En 1969, Penrose montre aussi qu’on peut extraire de l’énergie d’un trou noir en rotation, aux dépens de sa rotation. C’est le processus qui porte son nom — le point de départ d’une histoire que le carnet a déjà racontée ailleurs, de la superradiance à son explosion en laboratoire. Établi

La consécration

En 1970, avec Stephen Hawking, il étend ses méthodes à l’Univers entier : sous des hypothèses raisonnables, un Big Bang singulier est inévitable dans le passé. Puis viennent les diagrammes qui portent son nom, la théorie des twisteurs, les pavages de Penrose. En 2020, l’Académie de Stockholm lui décerne la moitié du prix Nobel de physique pour avoir établi que la formation des trous noirs est une prédiction robuste de la relativité générale. Son article de 1965 est encore tenu pour la contribution la plus importante à la théorie d’Einstein depuis Einstein lui-même. Établi

On présente souvent Penrose comme « celui qui a prouvé les trous noirs ». C’est presque exact — et le « presque » est tout l’intérêt. Il a prouvé les singularités ; les trous noirs proprement dits reposent encore sur la censure cosmique, qu’il a proposée sans jamais la démontrer. Le plus rigoureux des géomètres nous a légué à la fois un théorème et une conjecture — et il tenait à ne pas les confondre.