L’histoire de l’Univers et le Big Bang

Un grand ovale moucheté de petites taches bleues, vertes, jaunes et rouges, comme une peau de léopard multicolore. — Carte de tout le ciel montrant la plus ancienne lumière de l’Univers, établie avec neuf ans de mesures de la sonde WMAP : les couleurs montrent de minuscules différences de température, les graines des futures galaxies (NASA, 2012). NASA / WMAP Science Team, Domaine public, source

Le nom « Big Bang » a été prononcé pour la première fois le 28 mars 1949, à la radio britannique, par un astronome qui ne croyait pas à cette théorie.¹

Il s’appelait Fred Hoyle. Il détestait l’idée d’un Big Bang, et il l’a critiquée jusqu’à sa mort, en 2001. C’est à partir de là que le récit habituel devient faux.²

Le récit habituel

On lit presque partout que Hoyle a inventé cette expression pour se moquer : un nom ridicule, lancé avec mépris, qui aurait ensuite été adopté par ses adversaires.³

L’histoire est excellente : un savant invente par dérision le nom de la théorie qui va l’emporter contre lui. On ne saurait rêver mieux.

L’historien des sciences Helge Kragh ne trouve aucune preuve solide que Hoyle ait voulu se moquer de la théorie. Hoyle lui-même a toujours démenti l’intention.⁴

Ce que Kragh constate est plus banal. À la radio, Hoyle n’avait que la parole, sans image ni schéma, et il cherchait sans cesse des images mentales : c’est ce qu’il a expliqué lui-même en 1989. Il a lancé l’expression au passage, trois fois dans une causerie de vingt minutes. Les critiques de l’époque n’ont presque pas relevé le mot. Kragh a repris ce dossier dans la revue Nature en 2024, pour les 75 ans de l’expression.⁵

Une précision s’impose : Hoyle combattait bien cette théorie. Il l’a jugée « irrationnelle » dans cette même causerie, et il en est resté un adversaire jusqu’à sa mort en 2001. Ce qui est corrigé ici, c’est l’intention qu’on lui prête au moment où il a forgé le mot — pas son opposition.⁶

Lui-même, en 1995, a résumé ce qui lui était arrivé par une jolie formule : les mots sont comme des harpons — une fois entrés, ils sont très difficiles à retirer.⁷

Le mot a mis longtemps à s’imposer. Entre 1950 et 1965, Hoyle ne l’a plus employé du tout, et les physiciens l’écrivaient encore entre guillemets dans les années 1960.⁸

Un nom pourtant trompeur

« Big Bang » signifie « grand boum ». Le mot évoque une explosion : quelque chose qui éclate en un point, dans un espace préexistant, et qui projette des débris.

Ce n’est pas ce que décrit la théorie. Il n’y a pas de centre, pas d’endroit précis où cela s’est produit, et rien ne se disperse dans un espace vide alentour.

Que dit réellement la théorie ?

Ce n’est pas une théorie de l’origine. Elle décrit comment l’Univers a évolué à partir d’un état très chaud et très dense. Elle ne dit pas ce qui l’a déclenché, ni ce qu’il y avait « avant ».
C’est l’espace lui-même qui grandit. Ce n’est pas une explosion dans l’espace. Rien ne se déplace à travers l’espace comme le ferait un éclat.
Il n’y a pas de centre. À grande échelle, chaque galaxie voit les autres s’éloigner d’elle (sauf ses voisines immédiates, que la gravité retient : Andromède, par exemple, se rapproche de nous). À la question « où cela s’est-il produit ? », la réponse est : partout — y compris à l’endroit même où se trouve le lecteur.
En résumé : Autrefois, l’Univers était plus chaud et plus dense. Depuis, l’espace s’est étendu et l’Univers s’est refroidi. « Plus grand » ne signifie pas que la matière s’éparpille : c’est le contenant (l’espace) qui grandit.

Ce que les physiciens ont fait de ce mot

Plusieurs manuels majeurs de physique l’ont évité. Dans un traité encyclopédique d’astrophysique, deux auteurs russes s’en passent entièrement : ils parlent d’un commencement singulier de l’univers, et emploient tout du long la formule « théorie de l’univers chaud ». Le mot ne s’est vraiment répandu que dans les années 1970, et bien après chez le grand public.⁹

Des cosmologistes ont expliqué pourquoi. L’astronome George McVittie jugeait le terme « chargé de connotations inappropriées » — celle d’une bombe qui explose — et regrettait qu’une expression lancée si négligemment ait connu un tel succès.¹⁰

Des tentatives ont été faites pour le remplacer, sérieusement et avec des moyens.

En 1993, un grand magazine scientifique a lancé un concours mondial pour rebaptiser le Big Bang. Il a reçu plus de treize mille propositions, venues de quarante et un pays.¹¹

Le jury n’en a retenu aucune. Il a jugé qu’aucune n’était aussi simple ni aussi évocatrice que celle qu’il fallait remplacer, et a déclaré le concours sans vainqueur.¹²

Le mot était trop court, trop frappant. Il s’est imposé partout, y compris chez ceux qui le trouvent mauvais.

Deux façons de mesurer, deux résultats

L’âge de l’Univers est souvent donné comme un fait établi : 13,8 milliards d’années. Mais ce chiffre dépend d’une mesure qui fait aujourd’hui débat.¹³

On ne mesure pas l’âge de l’Univers directement : on mesure la vitesse à laquelle les galaxies s’éloignent (la constante d’Hubble, notée H₀), puis on remonte le temps. La difficulté tient à ce que les deux principales méthodes de mesure ne donnent pas le même résultat.

Méthode	Cible observée	Vitesse d’expansion (H₀)*
Univers ancien	Lumière du fond diffus cosmologique	67,4
Univers proche	Étoiles variables et supernovæ	~ 73

Sources du tableau¹⁴

(Unité : km/s/Mpc. L’essentiel est l’écart entre les deux valeurs.)

L’écart est supérieur aux marges d’erreur : l’équipe Planck le chiffrait déjà à 3,6 fois l’incertitude. Les 13,8 milliards d’années sont calculés à partir de la valeur de l’Univers ancien. Si la valeur locale s’impose, il faudra revoir soit l’estimation de l’âge, soit le modèle lui-même.¹⁵

Une erreur cherchée sans succès

On a d’abord pensé à un biais dans les mesures locales : des étoiles voisines confondues avec les céphéides, faute de résolution suffisante. Le télescope spatial James Webb, bien plus fin que Hubble, a observé plus de mille céphéides et écarté cette explication — l’équipe la juge rejetée avec une confiance supérieure à celle de la tension elle-même.¹⁶

Une autre équipe, avec le même télescope et d’autres types d’étoiles, trouve pourtant une valeur intermédiaire, 70,4, qu’elle estime compatible avec le modèle standard sans physique nouvelle. Le débat reste ouvert.¹⁷

Une synthèse récente compte plus d’une douzaine de façons de mesurer H₀, qui devraient toutes s’accorder. Leurs valeurs se regroupent en deux camps, l’un vers 68, l’autre vers 73. Il ne reste alors que trois issues, dont aucune ne fait consensus :¹⁸

Une erreur systématique encore invisible dans les données ou leur interprétation ;
Une modification de la physique des tout premiers temps ;
Ou une modification globale du modèle, touchant ses hypothèses les plus fondamentales.¹⁹

Ce qu’il nous reste à découvrir

La part d’inconnu sur l’Univers reste immense. Le désaccord sur H₀ en est un exemple : deux façons de mesurer, toutes deux soignées, qui refusent de tomber d’accord. Les chercheurs cherchaient depuis vingt ans un écart au modèle standard ; celui qu’ils ont peut-être trouvé, écrivent trois d’entre eux, leur donne envie de remettre le génie dans la bouteille.²⁰

Ce n’est pas une faiblesse de la science : c’est la frontière exacte où elle travaille aujourd’hui.

Note 1

On 28 March 1949 Hoyle gave a twenty-minute's talk on the new cosmological theory to BBC's Third Programme […] This is the origin of the cosmological term “big bang,” which Hoyle mentioned three times. At the end of his talk, Hoyle made it clear that he found this kind of theory unacceptable on both scientific and philosophical grounds

Le 28 mars 1949, Hoyle fit une causerie de vingt minutes sur la nouvelle théorie cosmologique dans le Third Programme de la BBC […] C’est l’origine du terme cosmologique « big bang », que Hoyle employa trois fois. À la fin de sa causerie, Hoyle fit clairement savoir qu’il trouvait ce genre de théorie inacceptable, pour des raisons scientifiques comme philosophiques

Kragh, Helge, « What’s in a Name: History and Meanings of the Term "Big Bang" », prépublication, 2013