En 1948, deux physiciens encore jeunes, Ralph A. Alpher et Robert C. Herman, proposent une idée d’une simplicité déconcertante : si l’Univers a commencé dans un état chaud et dense, alors il doit rester aujourd’hui une trace de cette chaleur primitive, un rayonnement fossile, refroidi par l’expansion cosmique. Alpher dira plus tard que « c’était une terriblement simple idée » — simple, mais si en avance sur son temps qu’elle restera ignorée pendant seize ans.
Le travail invisibilisé du jeune Alpher
Cette histoire, pourtant fondatrice, est longtemps restée dans l’ombre[i]. Elle commence dans le Washington scientifique des années 1940, un monde où se croisent physiciens nucléaires, ingénieurs militaires, théoriciens excentriques et jeunes chercheurs travaillant le jour pour l’armée et la nuit pour leur doctorat. Ralph Alpher, fils d’immigrés russes, obtient tous ses diplômes en cours du soir, tandis qu’il travaille sur les torpilles, les dégaussages de navires (ventilation des gaz nocifs) et les signatures magnétiques. Robert Herman, lui, vient de Princeton et du City College of New York, et a déjà un solide bagage en physique expérimentale.
Leur rencontre au Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, en 1948, est décisive. Sous l’impulsion du célèbre George Gamow — brillant, fantasque, parfois déroutant — ils s’attaquent à un problème immense : comprendre comment l’Univers a fabriqué les éléments chimiques. Leur premier article, publié le 1er avril 1948, porte les signatures « Alpher, Bethe, Gamow »[ii]. Une plaisanterie de Gamow, qui ajoute Hans Bethe pour faire un jeu de mots (α, β, γ). L’humour est apprécié, mais l’effet secondaire est dévastateur : certains croient que « Alpher » est un nom inventé, un personnage fictif.
Dans ce contexte, leur prédiction du rayonnement fossile passe presque inaperçue[1]. Le 15 décembre 1948, ils publient pourtant la première estimation chiffrée : environ 5 kelvins[iii]. Une trace ténue, mais mesurable. Ils en parlent dans des colloques, des conférences, des séminaires. Ils insistent. Ils expliquent. Ils dessinent au tableau. Rien n’y fait. Alpher dira plus tard :
« Personne ne suggérait la mesure. »
La redécouverte théorique et la confirmation expérimentale
Les radioastronomes pensent que les instruments ne sont pas assez sensibles. Les astrophysiciens sont absorbés par une autre bataille : celle entre l’Univers en évolution et le modèle statique défendu par Fred Hoyle.
Hoyle, justement, joue un rôle étrange dans cette histoire. C’est lui qui, en 1949, lâche à la radio BBC le terme « Big Bang », qu’il utilise de manière moqueuse. Il ne croit pas à un univers en expansion chaude. Il se méfie de Gamow, qu’il trouve trop fantasque. Et Gamow, de son côté, hésite lui-même à soutenir pleinement la prédiction d’Alpher et Herman. Pendant trois ans, il publie des calculs approximatifs, parfois erronés, sans citer ses deux collègues. Alpher écrira :
« Cela a vraiment embrouillé la littérature pendant des années »
Pourtant, les deux jeunes physiciens ne renoncent pas. Ils donnent des dizaines de conférences dans la région de Washington. Ils parlent du rayonnement fossile à la Naval Research Laboratory, au National Bureau of Standards, au Central Radio Propagation Laboratory. Ils tentent de convaincre les spécialistes du radar, de la radio, des micro-ondes. Rien n’y fait. Le bruit instrumental est trop fort, disent les ingénieurs. Les étoiles émettent trop. Les bolomètres ne sont pas assez sensibles. Et puis, après tout, pourquoi chercher une radiation dont presque personne ne parle ?
Pendant ce temps, la radioastronomie progresse ailleurs : en Australie, en Angleterre, aux Pays-Bas. Aux États-Unis, elle peine à décoller. Les instruments sont encore rudimentaires. Les radiomètres existent, mais personne ne les utilise pour chercher un rayonnement cosmique. Les soviétiques, eux, construisent des antennes pour étudier l’ionosphère, pas le cosmos. Puis arrive 1964.
À Bell Labs, dans le New Jersey, deux ingénieurs — Arno Penzias et Robert Wilson — tentent de comprendre un bruit persistant dans leur antenne. Un excès de température, minuscule mais tenace. Ils éliminent les pigeons, les déjections, les défauts électroniques. Rien n’y fait. Le bruit reste. Ils ne sont pas cosmologistes. Ils ne pensent pas au Big Bang. Ils cherchent simplement à comprendre leur instrument.
À quelques kilomètres de là, à Princeton, Robert Dicke et son équipe — Jim Peebles, David Wilkinson, Peter Roll — travaillent justement sur l’idée d’un rayonnement fossile. Ils ont redécouvert la prédiction, sans connaître les travaux d’Alpher et Herman. Peebles dira plus tard :
« C’est tellement plus amusant de penser par soi-même que de lire les papiers des autres ».
Une phrase qui résume bien l’aveuglement involontaire de l’époque. Quand Penzias et Wilson contactent Princeton, Dicke comprend immédiatement. Il aurait dit à ses collègues :
« Les gars, on a été battus ».
En 1965, deux articles paraissent dans The Astrophysical Journal : l’un, signé Penzias et Wilson[iv], décrit l’observation ; l’autre, signé par Dicke et son équipe en donne l’interprétation cosmologique[v]. Aucun ne cite Alpher et Herman.
Pour les deux pionniers, c’est un choc. Herman est chargé de relire un article de Peebles pour Physical Review. Il ajoute les références oubliées. L’article est révisé, mais les grandes publications de 1965 restent muettes sur leur rôle. Pendant des années, la découverte est attribuée à « Gamow et ses collègues », ou à Dicke, ou à Penzias et Wilson seuls.
Il faudra attendre les années 1990 et 2000 pour que l’histoire soit réévaluée. En 2005, Ralph Alpher reçoit la National Medal of Science. Il meurt en 2007, quelques mois après avoir enfin vu son travail reconnu.
Aujourd’hui, le fond diffus cosmologique est l’un des piliers de la cosmologie moderne. Mesuré avec une précision extraordinaire par COBE, WMAP puis Planck, il est devenu une carte de l’Univers primordial. Mais derrière cette image familière, il y a une histoire humaine : celle de deux chercheurs obstinés, modestes, parfois ignorés, qui avaient vu juste bien avant tout le monde. Une histoire de science, mais aussi une histoire de patience.
[1] En 1896, le physicien suisse Charles Guillaume avait déjà calculé la température de l’univers à partir du rayonnement de toutes les étoiles visibles. Pour plus de détails sur cette histoire, je vous renvoie vers mon livre paru aux éditions Ellipses : L’Histoire des Sciences : De l’Antiquité à nos jours en Exercices. Guillaume Charles-Edouard, La température de l’espace, La Nature, no 1214, 5 septembre, p. 210 et 234, 1896. https://cnum.cnam.fr/pgi/fpage.php?4KY28.47/214/100/536/5/420
[i] Alpher V.S., Alpher R. A., Herman R. C., and the Cosmic Microwave Background Radiation. Phys. Perspect. 14, 300–334 (2012). https://doi.org/10.1007/s00016-012-0088-7
[ii] Alpher R.A., Bethe H., and Gamow G., The Origin of Chemical Elements, Phys. Rev. 73 (1948), 803-804 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.73.803
[iii] Alpher R., Herman R., Evolution of the Universe. Nature 162, 774–775 (1948). https://doi.org/10.1038/162774b0
[iv] Penzias A.A., Wilson R.W., A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080Mc/s, Astrophys. J. 142 (1965), 419-421
https://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1965ApJ…142..419P
[v] Dicke R.H., Peebles P.J.E., Roll P.G., Wilkinson D.T., Cosmic Black-Body Radiation, Astrophys. J. 142 (1965), 414-419 https://doi.org/10.1086/148306
Image en avant générée par IA.
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