James Peebles

Antécédents

Le père de James Peebles travaille comme commis à la Bourse des céréales de Winnipeg (voir Winnipeg Commodity Exchange). Dès son plus jeune âge, et influencé par son père, James Peebles s’intéresse à tout ce qui touche la mécanique et se souvient d’être davantage un rêveur qu’un élève sérieux au secondaire. « Enfant, je n’ai jamais été exposé à la vraie science », se remémore-t-il lors d’une entrevue accordée à l’American Institute of Physics en 1988. « Ce n’est qu’à l’université que j’ai commencé à apprécier la physique. »

Il prévoit initialement d’étudier en ingénierie à l’Université du Manitoba, où nombre de ses amis se spécialisaient en physique, ce qui l’incite à changer de programme au cours de sa troisième année. Bien que la physique classique soit le point fort de l’université, James Peebles souhaite approfondir ses connaissances dans les disciplines modernes. En 1958, il entre à l’université de Princeton où il étudie diverses formes de physique quantique et la théorie des particules. Il y obtient son doctorat en 1962.

James Peebles, qui étudie à l’Université du Manitoba, est influencé par plusieurs personnes, dont le professeur Ken Standing, qui lui conseille d’aller à l’université de Princeton. Une fois sur place, c’est le professeur Robert Henry Dicke qui l’aide à comprendre les applications de la physique et qui l’exhorte à éviter les réflexions « sans rigueur ». « J’étais très réticent à me plonger dans ce domaine, parce que les données expérimentales étaient si peu nombreuses, se souvient-il en 2019. J’ai persévéré. »

Il reste à l’université de Princeton où il enseigne toute sa carrière. Il est notamment professeur adjoint (1965), professeur agrégé (1968), professeur (1972) et professeur émérite (2000).

James Peebles est passionné et fasciné par l’étude de la physique et de la cosmologie. Il semble avoir la capacité de trancher les débats et de déterminer si les concepts théoriques ont du sens. En 2019, il note que, contrairement à d’autres domaines scientifiques, comme la biologie, en physique fondamentale, « on peut vraiment partir des fondements et remonter jusqu’au sommet ». Au début de sa carrière, il envisage de se concentrer sur quelques projets en cosmologie, mais il se rend vite compte que « chaque projet donne lieu à de nouvelles idées, créant ainsi un flot d’inspiration irrésistible ».

Travaux

Les travaux de James Peebles explorent la cosmologie physique à l’aide d’une approche mathématique (voir Mathématiques). Ils jettent les bases des idées contemporaines sur l’histoire de l’univers.

« La recherche, telle que la nôtre, découle de notre désir profond de comprendre notre place actuelle, souligne James Peebles dans son discours de remise du prix Nobel de 2019. Elle nous pousse à étudier notre position au sein de la famille, de la société ou sur la Terre. Ses conclusions peuvent prendre diverses formes, allant des études en géologie, en sociologie ou même en poésie. »

Lorsqu’il commence à faire des recherches en cosmologie au milieu des années 1960, peu de données empiriques sont disponibles pour étayer les estimations concernant l’âge de l’univers ou la façon de mesurer les distances cosmologiques. Il émet alors l’hypothèse qu’on pourrait détecter des signaux radio créés peu après le Big Bang. Alors qu’il conçoit une expérience pour détecter ces signaux, les scientifiques des Laboratoires Bell, Arno Penzias et Robert Wilson, qui reçoivent le prix Nobel de physique pour leurs travaux en 1978, les découvrent.

Les travaux ultérieurs de James Peebles contribuent à formuler l’existence d’un fond diffus cosmologique micro-onde dans l’univers, apparu environ 400 000 ans après le Big Bang. Le cosmologiste découvre également que de minuscules fluctuations de la température de ce rayonnement sont essentielles pour comprendre comment les matières s’assemblent pour former les galaxies.

Au début des années 1980, James Peebles laisse entendre que l’univers contient de nombreuses particules, appelées matière noire, dont l’attraction gravitationnelle est impliquée dans la création de galaxies. S’appuyant sur la théorie de la constante cosmologique d’Albert Einstein, il estime que l’univers contient moins de masse qu’on ne le croit généralement et qu’il est à la fois en accélération et en expansion. Ses travaux portent à croire que seulement 5 % environ de la matière de l’univers est connue, le reste nous étant caché.

Dans un article sur la cosmologie moderne qu’il rédige pour le magazine Scientific American en 2001, James Peebles propose cinq éléments de preuve de l’expansion et du refroidissement de l’univers :

1. La lumière des galaxies lointaines est déplacée vers le spectre rouge en raison de l’expansion de l’espace et de l’éloignement des galaxies les unes des autres.
2. Le rayonnement thermique remplit l’espace dans les zones où il était autrefois plus dense et plus chaud.
3. La présence de grandes quantités de deutérium et d’hélium prouve que les températures étaient auparavant plus élevées.
4. Les galaxies visibles datant de milliards d’années paraissent plus jeunes.
5. La courbure de l’espace-temps semble liée au contenu matériel de l’univers, ce qui correspond à la théorie de la relativité.

Résumant son domaine d’étude dans une interview accordée en 2017 au Globe and Mail, James Peebles mentionne que « ce qui est assez constant, c’est qu’on ne sait jamais ce qui va se passer ensuite ».

Prix Nobel

James Peebles reçoit le prix Nobel de physique 2019 pour ses « découvertes théoriques en cosmologie physique ». Il le partage avec Michel Mayor et Didier Queloz pour leur « découverte d’une exoplanète en orbite autour d’une étoile de type solaire ». (voir aussi Les prix Nobel et le Canada; Physique.) Selon Göran K. Hansson, secrétaire général de l’Académie royale des sciences de Suède, les travaux de James Peebles constituent « le fondement de notre compréhension moderne de l’histoire de l’univers, depuis le Big Bang jusqu’à aujourd’hui ».

James Peebles, qui compte cinquante ans de carrière derrière lui, n’est pas étonné de recevoir l’appel téléphonique lui annonçant qu’il remporte le prix. « Je suis, pour ainsi dire, le dernier survivant de ces débuts, confie-t-il au New York Times. Cela m’a effleuré l’esprit. »

Héritage

Lorsque James Peebles reçoit le prix Nobel 2019, un éditorial du Toronto Star résume ses travaux en affirmant qu’ils avaient fait passer la cosmologie du stade de la spéculation à celui de la science.

Publications

• Physical Cosmology (1971)
• The Large-Scale Structure of the Universe (1980)
• Quantum Mechanics (1992)
• Principles of Physical Cosmology (1993)
• Finding the Big Bang (2009)
• Cosmology’s Century: An Inside History of Our Modern Understanding of the Universe (2020)
• The Whole Truth (2022)

Prix et distinctions

• Médaille d’Eddington, Royal Astronomical Society (1981)
• Prix Dannie-Heineman d’astrophysique, American Institute of Physics et American Astronomical Society (1982)
• Membre de la Société royale (1982)
• Membre de la Société royale du Canada (1987)
• Médaille Bruce, Société astronomique du Pacifique (1995)
• Médaille Oscar-Klein, université de Stockholm (1997)
• Médaille d’or, Royal Astronomical Society (1998)
• Prix Peter-Gruber de cosmologie, Fondation Gruber (2000, avec Allan Sandage)
• Prix Harvey, Technion (2001)
• Prix Shaw d’astronomie, Fondation Shaw (2004)
• Prix Crafoord, Académie royale des sciences de Suède et Fondation Crafoord (2005, avec James Gunn et Martin Rees)
• Médaille Dirac, Centre international Abdus-Salam de physique théorique (2013)
• Membre de l’Ordre du Manitoba (2017)
• Prix Nobel de physique, Royal Swedish Academy of Sciences (2019)
• Compagnon de l’Ordre du Canada (2020)