Nearly forgotten results in development of physical cosmology

Pour comprendre l'histoire de notre univers, nous devons d'abord accepter une idée simple et saisissante : le cosmos n'est pas une scène statique et immuable, mais une entité dynamique qui s'agrandit à chaque instant. Pendant des siècles, on a supposé que l'univers était éternel et immobile, un arrière-plan fixe pour le drame des étoiles et des planètes. Cette vision a changé au début du XXe siècle lorsqu'une nouvelle théorie de la gravité, connue sous le nom de relativité générale, a suggéré que l'espace lui-même pouvait s'étirer et se contracter. Au début, même le créateur de cette théorie, Albert Einstein, a tenté de forcer les équations à décrire un univers immobile, en ajoutant un terme spécial pour équilibrer l'attraction de la gravité. Cependant, cette image statique était instable, comme un crayon en équilibre sur sa pointe ; le moindre petit coup la ferait tomber. La véritable nature du cosmos s'est avérée bien plus dramatique : elle est en expansion, un concept qui a remodelé notre compréhension du temps, de l'espace et du commencement même de toute chose.

Un article récent du physicien A. F. Zakharov met en lumière plusieurs chapitres oubliés de cette grande histoire, se concentrant sur les scientifiques qui étaient en avance sur leur temps mais qui ont été négligés en raison de la politique, d'un mauvais timing ou des caprices de l'histoire. Le récit commence avec Alexander Friedmann, un mathématicien russe qui, au début des années 1920, fut le premier à démontrer que les équations d'Einstein permettaient en réalité un univers en expansion. Friedmann ne s'est pas contenté de faire les mathématiques ; il a forcé l'univers à bouger, tout comme Copernic avait forcé la Terre à orbiter autour du Soleil. Malgré son génie, Friedmann est mort jeune en 1925, et pendant des décennies, ses travaux ont été largement ignorés dans son propre pays. En Union soviétique, l'idée d'un univers ayant un commencement était perçue avec suspicion car elle semblait trop proche des récits religieux de la création. En conséquence, les scientifiques soviétiques étaient découragés d'étudier les modèles d'univers en expansion, et les contributions de Friedmann étaient traitées comme de simples exercices mathématiques plutôt que comme des descriptions de la réalité.

Pendant que Friedmann travaillait en Russie, un prêtre et physicien belge nommé Georges Lemaître arrivait à des conclusions similaires en Europe. En 1927, Lemaître publia un article décrivant un univers en expansion et dérivant une relation entre la distance des galaxies et la vitesse à laquelle elles s'éloignent de nous. Cette relation est aujourd'hui célèbre sous le nom de loi de Hubble, nommée d'après l'astronome américain Edwin Hubble, qui en confirma l'observation quelques années plus tard. Cependant, le travail de Lemaître est apparu dans une revue belge peu connue et a été largement manqué par la communauté scientifique élargie. Lorsque Lemaître rencontra Einstein, ce dernier rejeta l'idée d'un univers en expansion, lui disant que ses calculs étaient corrects mais que son intuition physique était médiocre. Il fallut l'influence d'autres scientifiques, comme l'astronome britannique Arthur Eddington, pour enfin convaincre le monde que Lemaître avait résolu l'énigme du comportement de l'univers. Lemaître alla plus loin, proposant que l'univers avait commencé comme un point unique et incroyablement dense, qu'il appela l'« atome primordial », et il prédit même qu'une lueur ténue de chaleur résiduelle de ce commencement devrait encore être détectable aujourd'hui.

L'histoire de la découverte s'est poursuivie avec la recherche de cette chaleur résiduelle, connue sous le nom de fond de rayonnement cosmique. À la fin des années 1940, le physicien George Gamow et ses étudiants ont calculé que si l'univers avait commencé dans un état chaud et dense, il devrait être rempli d'un rayonnement ténu à une température de seulement quelques degrés au-dessus du zéro absolu. Tandis que Gamow travaillait aux États-Unis, un physicien soviétique nommé Tigran Shmaonov faisait une découverte remarquable en Russie. En 1956, utilisant l'équipement de l'observatoire de Pulkovo, Shmaonov détecta ce rayonnement de fond des années avant la célèbre découverte américaine de Arno Penzias et Robert Wilson, qui recevront plus tard un prix Nobel pour cela. Cependant, en Union soviétique, l'idée d'un univers chaud était politiquement sensible. Le superviseur de Shmaonov, un brillant physicien nommé Semyon Khaikin, savait que les résultats correspondaient aux prédictions de Gamow mais craignait le contrecoup politique de lier la découverte à une théorie considérée comme « bourgeoise » et religieuse. Par conséquent, le travail de Shmaonov n'a pas été largement publié ou connecté à la théorie cosmologique à l'époque, et la communauté scientifique soviétique est restée silencieuse sur la question pendant des décennies.

L'article souligne également un chapitre plus récent impliquant la mission spatiale soviétique Relikt-1, lancée en 1983. Ce vaisseau spatial était conçu pour cartographier les infimes variations de température dans le rayonnement de fond cosmique, qui sont cruciales pour comprendre comment les galaxies se sont formées. L'équipe, dirigée par Igor Strukov, a mesuré avec succès ces variations et a trouvé des preuves d'un motif spécifique appelé anisotropie quadri-polaire. Ils ont soumis leurs conclusions au début de l'année 1992. Quelques mois plus tard, l'équipe du satellite américain COBE, dirigée par George Smoot, annonça une découverte similaire et reçut une attention médiatique massive ainsi qu'un prix Nobel. L'article soutient que l'équipe soviétique avait en fait trouvé le même phénomène en premier, mais que leurs résultats avaient été publiés dans des revues moins visibles et avaient été éclipsés par l'annonce américaine. L'auteur suggère que les scientifiques soviétiques n'étaient pas ignorants de la théorie, mais qu'ils étaient entravés par un climat politique qui décourageait la discussion ouverte des modèles d'univers en expansion et par un manque de ressources pour promouvoir leur travail à l'échelle mondiale.

Enfin, l'article aborde le travail d'Erast Gliner qui, dans les années 1960, proposa que l'univers pourrait subir une période d'expansion exponentielle extrêmement rapide, un concept aujourd'hui connu sous le nom d'inflation. Cette idée, qui explique pourquoi l'univers semble uniforme dans toutes les directions, a été largement ignorée pendant des décennies jusqu'à la fin des années 1990, lorsque les astronomes ont découvert que l'expansion de l'univers s'accélère en réalité. Les intuitions précoces de Gliner sur ce comportement ont été presque oubliées, pour n'être redécouvertes que comme essentielles à la cosmologie moderne. L'auteur de l'article conclut que l'histoire a souvent été injuste envers ces scientifiques. Qu'il s'agisse de la mort prématurée de Friedmann, de la publication obscure de Lemaître, des contraintes politiques de Shmaonov ou des théories négligées de Gliner, le progrès de la science a été ralenti par des facteurs humains plutôt que par un manque de génie. L'article sert de rappel que l'histoire de l'univers n'est pas seulement une affaire d'équations et de données, mais aussi celle de personnes qui ont lutté pour partager leurs découvertes avec un monde qui était parfois prêt à écouter, et parfois, tragiquement, pas.