Fred Hoyle, né le 24 juin 1915 à Bingley, Yorkshire et mort le 20 août 2001 à Bournemouth, est un astrophysicien, cosmologiste et écrivain britannique.
Il est notamment connu pour avoir inventé le terme de Big Bang destiné au grand public, pour désigner la théorie cosmologique à laquelle il opposait sa propre théorie de l'état stationnaire, dans une série d'émissions radiophoniques des années 1950 (également rapporté par Hubert Reeves qui en a été témoin).
Hoyle est aussi auteur de romans de science-fiction, de nouvelles et de pièces radiophoniques. Il a co-créé plusieurs séries télévisées et douze livres avec son fils, Geoffrey Hoyle.
Il fut un des pionniers de la théorie de la nucléosynthèse stellaire, exposée pour la première fois dans l'article B2FH, en 1957. Il développa et soutint pendant longtemps la théorie d'un Univers stationnaire en opposition à celle du Big Bang. Il fut d'ailleurs le créateur de l'expression Big Bang elle-même, utilisée pour marquer les esprits sur la différence entre les deux théories. Jusqu’à sa mort, il défendit la théorie de l’état stationnaire, sans jamais accepter celle du Big Bang.
Estimant trop faible la durée de vie de la Terre (mais non de l'Univers) pour que la vie ait pu y apparaître ex nihilo, Hoyle se montra toute sa vie convaincu de la panspermie, et devint de fait son promoteur.
Il fut également l'un des premiers à s'étonner de ce qu'il nommait de façon assez provocatrice « l'excellent réglage des constantes physiques de l'Univers », qui avec des valeurs différentes n'eussent pas permis une durée aussi grande de l'Univers, ni la fusion de l'hélium en fer, ni la création d'autres éléments lourds, ni la stabilité des planètes, ni en fin de compte le développement de la vie, a fortiori de la vie consciente. Ces considérations aideront à la genèse du principe anthropique faible et de l'idée de multivers. Hoyle ne reconsidérera pas pour autant sa position sur la panspermie, bien que, en cas de nombre très grand d'univers ayant chacun son histoire, celle-ci ne soit plus de ce fait un passage obligé.
Il a aussi écrit de nombreux ouvrages, dont quelques œuvres de fiction scientifique, comme Le Nuage noir (1957), Ossian's Ride (1959), les deux romans A comme Andromède (Fleuve Noir, 1965) et Andromède revient (Fleuve Noir, 1966), dont fut tirée la série télévisée A for Andromeda (en) (1962), Le Premier octobre il sera trop tard (October the First Is Too Late) (1966), contenant une vision audacieuse du temps et du concept de présent comparables au balayage d'une mémoire informatique, et quelques ouvrages de vulgarisation (Aux Frontières de l'Astronomie, Galaxies Noyaux et Quasars).
Il est fait Knight Bachelor le 1er janvier 1972.
Points de vue et contributions
Hoyle est l'auteur des deux premiers articles jamais publiés sur la synthèse des noyaux d'atomes d'éléments chimiques plus lourds que l'hélium lors des réactions nucléaires stellaires.
Dans le premier, publié en 1946, il montre que les températures de plusieurs milliards de degrés cœur des étoiles sont bien supérieures à celles envisagées pour expliquer l'origine thermonucléaire de l'énergie stellaire chez les étoiles de la séquence principale ; à des températures aussi élevées, le fer peut devenir beaucoup plus abondant que les autres éléments lourds en raison de l'équilibre thermique entre les particules nucléaires, ce qui explique la forte abondance naturelle du fer. Cette théorie sera plus tard baptisée « processus e ».
La deuxième publication fondamentale de Hoyle sur la nucléosynthèse, parue en 1954, démontre que les éléments situés entre le carbone et le fer ne peuvent être synthétisés par de tels processus d'équilibre. Il attribue ces éléments à des réactions de fusion nucléaire spécifiques entre des constituants abondants présents dans les couches concentriques d'étoiles massives évoluées, avant leur explosion en supernova. Cette vision étonnamment moderne à l'époque est par la suite devenue le paradigme accepté pour la nucléosynthèse de ces éléments primaires au sein des supernovas.
Au milieu des années 1950, Hoyle devient le chef de file d'un groupe de physiciens expérimentaux et de théoriciens qui se réunissent à Cambridge : William Fowler, Margaret Burbidge et Geoffrey Burbidge. Ce groupe systématise les idées fondamentales sur la façon dont tous les éléments chimiques de notre univers ont été créés, ce domaine étant désormais appelé nucléosynthèse. C'est en 1957 que ce groupe publie le célèbre article B2FH (du nom des initiales de ses quatre auteurs), dans lequel le domaine de la nucléosynthèse est organisé en processus nucléaires complémentaires. Ils ajoutent de nombreuses données nouvelles sur la synthèse des éléments lourds par des réactions de capture de neutrons, appelées processus s et processus r. L'article B2FH eut une telle influence que, pendant le reste du XXe siècle, il devint la référence par défaut de presque tous les chercheurs souhaitant citer une origine reconnue pour la théorie de la nucléosynthèse ; en conséquence, l'article novateur de Hoyle de 1954 tomba dans l'oubli.
Au début du XXIe siècle, la recherche historique a remis l'article de Hoyle de 1954 au premier plan de la scène scientifique. Ces arguments historiques ont été présentés pour la première fois à un groupe d'experts en nucléosynthèse réunis lors d'une conférence organisée en 2007 au Caltech, à la suite du décès de Fowler et de Hoyle, afin de célébrer le 50e anniversaire de la publication de B2FH. Ironiquement, l'article B2FH ne faisait pas état de l'attribution par Hoyle, en 1954, de l'origine des éléments situés entre le silicium et le fer aux coquilles de supernova, bien que Hoyle fût coauteur de B2FH. À la lumière de ses nombreuses discussions personnelles avec Hoyle, Donald D. Clayton (en) attribue cette omission à l'absence de relecture par Hoyle du brouillon rédigé au Caltech en 1956 par G.R. Burbidge et E. Burbidge.
Dans son deuxième article sur la nucléosynthèse, Hoyle présente une application de ce qu'on appellera plus tard le principe anthropique. En essayant de déterminer les étapes de la nucléosynthèse stellaire, il calcule qu'une réaction nucléaire particulière, la réaction triple alpha qui génère du carbone à partir de l'hélium, nécessiterait que le noyau de carbone possède une énergie de résonance et un spin très spécifiques pour fonctionner. Selon lui, la grande quantité de carbone présente dans l'univers, qui rend possible l'existence de toute forme de vie à base de carbone, démontre que cette réaction nucléaire fonctionne effectivement. Partant de cette idée, Hoyle prédit les valeurs de l'énergie, du spin nucléaire et de la parité de l'état composé du noyau de carbone formé par trois particules alpha (noyaux d'hélium), ce qui a ensuite été confirmé par l'expérience.
Ce niveau d'énergie, bien que nécessaire pour produire du carbone en grande quantité, avait statistiquement peu de chances de se situer là où il se trouve dans la hiérarchie des niveaux d'énergie du carbone. Hoyle écrira plus tard :
« Ne vous diriez-vous pas : « Un intellect doté d'une capacité de calcul extraordinaire a dû concevoir les propriétés de l'atome de carbone, sinon la probabilité que je découvre un tel atome par le biais des forces aveugles de la nature serait infinitésimale. Une interprétation de bon sens des faits suggère qu'un super-intellect a joué avec la physique, ainsi qu'avec la chimie et la biologie, et qu'il n'y a pas de forces aveugles dignes de ce nom dans la nature. Les chiffres que l'on calcule à partir des faits me semblent si écrasants qu'ils rendent cette conclusion presque incontestable. » »
Son collègue William Alfred Fowler a finalement remporté le prix Nobel de physique en 1983 (avec Subrahmanyan Chandrasekhar), mais la contribution originale de Hoyle a été ignorée par les membres du comité de sélection, et beaucoup ont été surpris qu'un astronome aussi éminent ait été écarté. Fowler lui-même, dans une esquisse autobiographique, salue en ces termes les travaux pionniers de Hoyle :