Qui a découvert l'expansion de l'Univers ?

L'abbé Georges Lemaître (à gauche) et Edwin Hubble. Crédit : DR
L'Union astronomique internationale vient de rebaptiser la célébrissime « loi de Hubble ». Objectif : rendre justice au Belge Georges Lemaître, qui l'avait établie dès 1927, avant l’Américain Edwin Hubble.

Ce ne sera pas la « loi de Lemaître », ni même la « loi de Lemaître-Hubble », mais tout de même la « loi de Hubble-Lemaître. » Ce 29 octobre 2018, l'Union astronomique internationale (UAI) a annoncé le résultat d'un vote électronique lancé parmi ses 13600 membres au début du mois : 78% des 4060 votants ont approuvé qu'on renomme en ce sens la loi de Hubble.

Depuis 1929 et la publication par Edwin Hubble de son célèbre article intitulé « A relation between distance and radial velocity among extragalactic nebulae », cette loi qui lie la vitesse d'éloignement d’une galaxie (appelée « nébuleuse extragalactique » à cette époque) à sa distance est connue comme une preuve fondatrice de l'expansion de l’Univers. Cependant, il est aujourd’hui établi que le Belge Georges Lemaître l'avait écrite dès 1927, dans un article en français au titre sans équivoque : « Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques ». Dès lors, il semblait naturel de rebaptiser la loi. Non pas pour priver l'astronome américain de sa gloire, mais pour y associer le théoricien belge.

Une proposition vivement discutée

La résolution de l'UAI visant à « recommander » — fort prudemment — d'utiliser à l'avenir la formulation « loi de Hubble-Lemaître » plutôt que « loi de Hubble » aurait due être approuvée lors de l'assemblée générale de l'UAI en août 2018 à Vienne. Mais peu après sa diffusion fin juin auprès de ses membres, parmi quatre autres résolutions qui devaient elles aussi être validées en AG (et qui le furent), elle commença à être vivement discutée.

Avait-on affaire à un avatar de l'affaire Pluton, qui avait vu en 2006 une partie de la communauté astronomique américaine batailler ferme contre le déclassement de la seule planète découverte outre-Atlantique, et qui avait valu à l'UAI une XXVIe assemblée générale fort houleuse (lire Ciel & Espace n°437) ? Les arguments avancés tournaient plutôt autour de la crainte d’ouvrir une boîte de Pandore. L’astronomie, et la science en général, est truffée de lois, de constantes, d'équations qui portent un nom qui n'est pas celui de leur vrai découvreur. Renommer la loi de Hubble, n'était-ce pas s'engager une révision générale sans grand intérêt ?

Pour l'UAI, avec les propos reçus avant l’AG, il était en tout cas devenu clair que « la communauté était divisée et que le résultat du vote serait incertain. » C'est ainsi qu'il avait été décidé de considérer le résultat du vote à main levée lors de l'AG comme « indicatif », et de proposer à l'ensemble des membres de l'UAI d'exprimer leur vote électroniquement par la suite. « Le résultat du vote électronique sera considéré comme le vote final » précisait l'organisation (pour la petite histoire, le vote électronique a été introduit à l'UAI après la calamiteuse assemblée générale de 2006...).

Pour comprendre toute l’affaire

Avec ce vote, l'UAI et ses membres ont souhaité rendre justice à l'apport de Georges Lemaître et à son intégrité intellectuelle, lui qui -- comme le précise la résolution --  « a donné plus de prix au progrès de la science qu'à sa propre visibilité. »

Pour tout comprendre sur cette affaire, nous republions ci-dessous un article de Myriam Détruy, daté de 2012, qui décrit clairement les rôles respectifs de Hubble et de Lemaître dans la découverte de l'expansion de l'Univers. Un fait nouveau à noter pour être complet sur ce chapitre : il est établi désormais que Hubble et Lemaître se sont rencontrés à l'occasion de la IIIe assemblée générale de l'UAI. Et qu'à cette occasion ils ont échangé leurs points de vue sur la vitesse des « nébuleuses extragalactiques » et le modèle émergent d’un Univers en expansion. C'était en 1928...

[Note : l'article ci-dessus, initialement daté du 8 octobre 2018, a été mis à jour le 29 octobre 2018]

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Comment la fuite des galaxies a échappé à son découvreur

L’Américain Edwin Hubble a-t-il pillé les travaux du Belge Georges Lemaître pour s’attribuer la découverte du taux d’expansion de l’Univers ? Jusqu’à ces dernières semaines [en 2012, NDLR], plusieurs astronomes le soupçonnaient. Mais en 2011, la découverte d’une lettre oubliée a permis d’élucider l’affaire.

« C’est à Lemaître, et non pas à Hubble, que devrait revenir la découverte de l’expansion de l’Univers. » Robert Smith (université d’Alberta, Canada) est de ceux qui réécriraient volontiers un chapitre de l’histoire de l’astronomie, preuves à l’appui. Celles-ci datent de 1927, quand — deux ans avant Edwin Hubble — Georges Lemaître démontre que l’Univers est en expansion. Or, pour cette découverte majeure, l’histoire ne retiendra au final que le nom de Hubble, lui attribuant au passage la loi cosmologique qui décrit le phénomène… L’astronome américain a-t-il réellement volé sa découverte au cosmologiste belge ? Le fin mot de l’histoire ne sera connu que 80 ans plus tard, en novembre 2011, grâce à une correspondance méconnue de Lemaître. 

Tout s’est joué entre 1927 et 1931, à une époque où les galaxies s’appelaient encore des nébuleuses. En 1927, Georges Lemaître a 31 ans. Chargé de cours à l’université catholique de Louvain (Belgique), mathématicien et abbé de son état, il publie l’article : « Un Univers homogène de masse constante et de rayon croissant, rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques ». Le texte, qui paraît dans les Annales de la société scientifique de Bruxelles, est rédigé en français. Ce choix de Lemaître rend ses résultats peu visibles sur la scène scientifique internationale, où l’anglais prime. 

Georges Lemaître se rend-il compte alors de la portée de sa découverte ? Il vient de trouver des solutions aux équations de la relativité générale d’Einstein en modélisant un Univers dynamique. Les galaxies s’éloignent les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance, conclut-il — phénomène connu aujourd’hui sous le nom de « loi de Hubble ».

« Lemaître est ainsi le premier à expliquer le décalage vers le rouge des galaxies mesuré par Vesto Slipher », commente l’astronome suisse Harry Nussbaumer, coauteur de Discovering the Expanding Universe (Cambridge University Press, 2010). Dans les années 1910, Slipher avait noté que le spectre lumineux de la majorité des galaxies qu’il étudiait était décalé en longueurs d’onde, ce qui signifiait qu’elles étaient en mouvement par rapport à nous. Un décalage « vers le bleu », c’est-à-dire vers des longueurs d’onde plus courtes : elles se rapprochaient de nous. Vers le rouge (les grandes longueurs d’onde) : elles s’en éloignaient. Hubble avait fait le même constat depuis l’observatoire du mont Wilson. Georges Lemaître s’appuie sur leurs travaux et les cite dans son article de 1927. Il en déduit le taux d’expansion de l’Univers, qui sera nommé plus tard… constante de Hubble. 

« Votre sens physique est abominable »

Sa publication ne rencontre que peu d’écho, mais pas des moindres. « Vos calculs sont corrects, mais votre sens physique est abominable. » Quand l’éminent Albert Einstein le brocarde de la sorte au congrès Solvay de 1927, il y a de quoi en perdre son latin, ses équations et son honneur. Toutefois, Georges Lemaître a des atouts. Pour le latin, il a son bréviaire et ses humanités chez les jésuites. Les équations, il les a assimilées vite et bien, au point de se familiariser avec les théories de la relativité après son retour de la guerre. Et à l’honneur, il préfère la discrétion. Il a foi en la science d’un côté, en Dieu de l’autre. 

Le premier, Georges Lemaître (à droite) mettra en relation fuite des galaxies et Univers dynamique. Une thèse brocardée par
Albert Einstein, partisan d’un Univers statique.
© Archives Georges Lemaître/université de Louvain

« C’était un homme d’une immense modestie, souligne l’astrophysicien français Jean-Pierre Luminet, auteur de L’invention du big bang (Le Seuil, Poinst Science, 2014). Il ne cherchait jamais à tirer la couverture à lui et ne voulait pas faire d’histoires. Mais il connaissait aussi sa valeur. » Si bien qu’il ne se laisse pas démonter par la remarque d’Einstein, qui qualifiera plus tard son Univers statique comme « la plus grande erreur de sa vie ».

Autre réaction : celle d’Arthur Eddington et de Willem de Sitter. Ces deux pontes échangent, depuis la guerre, sur les effets de la théorie de la relativité générale. Le premier a eu Lemaître comme élève à l’université de Cambridge. Il a reçu en 1927 une copie de l’article du jeune Belge, mais n’y a pas prêté attention. En 1930, Eddington et de Sitter discutent à Londres de l’interprétation des données sur la vitesse de récession des galaxies. Car l’année précédente, Hubble a publié un résultat fondamental pour la cosmologie, déduit de ses observations récentes : la vitesse de fuite d’une galaxie était d’autant plus rapide que son éloignement est grand. C’est, quasiment mot pour mot, le résultat de Lemaître établi deux ans auparavant ! 

À sa décharge, Hubble ne connaît pas le français, ce qui en fait une raison tangible pour ne pas avoir épluché les Annales de la société scientifique de Bruxelles. En tout cas, dans son article, l’astronome américain ne lie pas ce résultat à un Univers en expansion. Or, Eddington et de Sitter pensent qu’il faut explorer des modèles d’Univers dynamique pour expliquer le phénomène.

Instable « comme un crayon en équilibre sur sa pointe ».

Quand Lemaître lit le compte rendu de leurs échanges, il sait qu’il a la réponse à la question. Il écrit à son ancien professeur et l’enjoint à transmettre une copie de son article de 1927 à de Sitter. Arthur Eddington réagit immédiatement. Enthousiaste, il présente ses excuses à Lemaître et fait suivre le courrier à son confrère néerlandais. À la conférence de la Royal Astronomical Society, il communique les idées de son ancien élève. Dans un article, il s’appuie sur elles pour montrer combien l’Univers statique d’Einstein est un modèle instable, « comme un crayon en équilibre sur sa pointe ».

Point d’orgue, l’article de Lemaître est traduit et publié en 1931 dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. « La procédure était alors exceptionnelle, souligne Harry Nussbaumer. Pour Lemaître, la parution d’un article qu’il avait écrit quatre ans plus tôt a dû être un honneur immense. » C’est ici qu’intervient un étrange tour de passe-passe. « Plusieurs paragraphes concernant des données expérimentales, ainsi que des notes de bas de page, ont été supprimés dans la version anglaise », explique Jean-Pierre Luminet.

Ci-dessus, la version française de l’article de 1927 de Lemaître et, à droite, la traduction en anglais qu’il en a faite en 1931.
Entre les deux manquent toute la discussion sur la vitesse de fuite des nébuleuses extragalactiques et les notes de bas de page.

Qui donc a manipulé ces résultats historiques ? Personne ne se penche vraiment sur la question jusqu’en 2011. En juin dernier, le mathématicien sud-africain David Block accuse directement Hubble et crie au complot. Si ces équations ont été effacées, c’est pour ne pas faire de l’ombre au célèbre Américain, qui « défendait férocement son territoire ». « Le principal problème d’Edwin Hubble est qu’il ne cite jamais ses sources, constate Alain Brémond, de l’observatoire de Lyon. Tout le monde s’en est plaint. Par exemple, il ne cite jamais Slipher, qui a découvert les vitesses radiales et l’a aidé à se faire connaître. Comme Lemaître, Slipher était un homme gentil, discret, alors que Hubble était imbu de lui-même. » L’influence de Hubble aurait-elle atteint le bureau d’Eddington, au point que ce dernier devienne complice de ce caviardage en bonne et due forme ?

George Lemaître s’est autocensuré

Deux correspondances montrent qu’il n’en est rien. Une première lettre retrouvée par Liliane Moens et Dominique Lambert dans les archives Lemaître, à Louvain-la-Neuve, dit clairement que l’abbé belge a traduit lui-même son article. La demande lui a été faite par le secrétaire de la Royal Astronomical Society, William Smart. « Après une année en Angleterre auprès d’Eddington, puis une autre aux États-Unis, Lemaître connaissait très bien l’anglais », explique Dominique Lambert, philosophe des sciences à Namur (Belgique). Chose curieuse : William Smart lui suggère de ne traduire que la partie précédant le paragraphe fondamental sur la proportionnalité entre la vitesse de récession des galaxies et leur distance. Il ajoute que, si Lemaître souhaite apporter des informations supplémentaires, elles seront imprimées.

Mais une seconde lettre aété retrouvée en novembre 2011 dans les archives de la Royal Astronomical Society, par l’astrophysicien Mario Livio. C’est la réponse de Lemaître : « J’ai pensé qu’il n’était pas recommandable de réimprimer les discussions provisoires sur les vitesses radiales, qui ne présentent aujourd’hui aucun intérêt, ainsi que l’indication géométrique, qui pourrait être remplacée par une courte bibliographie d’anciens et de nouveaux articles sur le sujet. » Le manuscrit de la traduction n’a pas encore été mis au jour. Mais, d’après ces deux échanges, la clé du mystère est ici : Lemaître s’est autocensuré. « Cela en dit long sur l’esprit de compétition qui régnait alors, commente Mario Livio. Au lieu de clamer ‘j’étais le premier’, Lemaître a préféré omettre ce passage après la publication de l’article de Hubble, qui utilisait des données plus récentes, alors que les siennes commençaient à dater. »

Edwin Hubble s’est vu attribué la découverte de l’expansion de l’Univers « alors qu’il n’y croyait pas », souligne l’historien des sciences Robert Smith. Fidèle à sa réputation, il ne laisse personne envahir son pré carré. « Dans son livre The Realm of the Nebulae (Le royaume des nébuleuses), paru en 1936, il ne fait aucune référence à Lemaître parce qu’il n’est pas convaincu par ses idées », indique Robert Smith. L’abbé Lemaître ne semble pas s’en plaindre — même s’il fait élégamment part de ce préjudice deux décennies plus tard dans l’ouvrage de Paul Couderc, L’expansion de l’Univers (1950) :

Au sujet de ma contribution de 1927, je ne veux pas discuter si j’étais alors un astronome professionnel. J’étais, en tout cas, membre de l’Union astronomique internationale (Cambridge, 1925) et j’avais étudié pendant deux ans l’astronomie, un an avec Eddington et une autre année dans les observatoires américains. J’avais visité Slipher et Hubble et entendu ce dernier à Washington, en 1925, faire sa communication mémorable sur la distance de la nébuleuse d’Andromède [Hubble était en fait absent de ce congrès, et c’est Henry Norris Russell qui a présenté sa découverte, NDLR]. Si ma bibliographie mathématique était gravement en défaut puisque je ne connaissais pas les travaux de Friedmann, elle est parfaitement à la page du point de vue astronomique ; j’y calcule le coefficient d’expansion (575 km par seconde et par mégaparsec, 625 avec une correction statistique contestable). Naturellement, avant la découverte et l’étude des amas de nébuleuses, il ne pouvait être question d’établir la loi de Hubble, mais seulement d’en calculer le coefficient. Le titre de ma note ne laisse aucun doute sur mes intentions : “Un Univers de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nébuleuses extragalactiques.” Je m’excuse de ce que tout cela a de trop personnel. Mais, comme le remarque l’auteur, “l’histoire de cette compétition scientifique n’est pas indifférente” et il y a quelqu’utilité à en préciser les détails pour permettre d’apprécier exactement la portée de l’argument qu’il est permis d’en tirer.

 « C’était un homme qui allait toujours de l’avant. En 1931, ses préoccupations avaient changé. Il ne réfléchissait plus sur l’expansion de l’Univers, mais sur la cause de cette expansion », explique Dominique Lambert. Il lui restait le big bang à inventer.

Myriam Détruy

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