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Décès de Ralph Alpher, l'un des pères de la théorie du Big Bang

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Sale temps pour le monde de la physique cette année. Après Pierre-Gilles de Gennes et Julius Wess c'est Ralph Alpher qui vient de nous quitter à l'âge de 86 ans. L'ancien thésard de Gamow n'a malheureusement pas eu la reconnaissance qu'il méritait bien qu'il ait été le premier à prédire les abondances de l'hydrogène et de l'hélium dans l'Univers, et surtout, l'existence du rayonnement fossille découvert par Penzias et Wilson par accident en 1965.

A gauche Robert Herman et à droite Ralph Alpher, au centre une image de Georges Gamow émergeant d'une bouteille de cointrau (Crédit : AIP)
Ralph Alpher (1921-2007) photographié ici en 2006 (Crédit : Union College).

Ralph Alpher était un jeune surdoué de 16 ans quand il reçut une bourse pour étudier au prestigieux MIT en 1937. Malheureusement, ayant révélé qu'il était d'origine juive, celle-ci lui fut retirée. Tout en travaillant la journée pour gagner sa vie, il suivait les cours du soir de l'Université Georges Whashington. Le virus de la cosmologie ne tarda pas à le gagner et il fut fasciné par la théorie du Big Bang proposée en 1927 par l'Abbé Lemaître.

Par chance, Georges Gamow, l'ancien élève de Friedmann et l'un des pères de la cosmologie moderne, était en poste dans cette université. Il proposa à Alpher d'étudier avec lui le problème de la synthèse des éléments dans le cadre de  la théorie du Big Bang. 

Au printemps 1948, Alpher présenta alors publiquement les résultats de son travail lors de sa soutenance de thèse, à l'âge de 27 ans. Il y expliquait que, selon ses calculs, il devait y avoir environ un atome d'hélium pour dix atomes d'hydrogène dans l'Univers ce qui était  en bon accord avec les observations de l'époque. Ce rapport est le fruit d'un processus de synthèse de l'hélium, ayant duré 300 secondes, à partir de la fusion thermonucléaire de l'hydrogène dans un Univers en expansion de type Friedmann-Robertson-Walker-Lemaître. Alpher devient instantanément et pour quelques mois une vedette et les journaux, dont le Washington Post, titrent « Le monde a commencé en 5 minutes ! »

Ralph Alpher ne s'arrêta pas là. Rejoint par Robert Herman il publia avec lui un article dans Nature, le 13 novembre 1948, dans lequel les deux jeunes physiciens prédisaient, suite à des calculs détaillés, que l'Univers devait être aujourd'hui baigné d'un rayonnement micro-ondes, vestige de ces 300 premières secondes, et d'une température de 5 K !

Il ne s'agit donc ni plus ni moins que de la découverte théorique de notre CMB actuel !

L'amnésie de la communauté scientifique.

Sa carrière semblait donc bien partie mais il quittera néanmoins la recherche universitaire en 1955 pour travailler au centre de recherche de la General Electric à Schenectady (New York). Son choix surprenant s'explique par au moins deux raisons.

La première : entre temps, le modèle de la cosmologie stationnaire était en train de devenir dominant à la suite des travaux de Bondi et Hoyle. De plus, les travaux de ce dernier en collaboration avec les Burbidges et William Fowler montraient que les tentatives de Gamow, Alpher et Herman pour rendre compte de l'existence de tous les éléments chimiques à l'aide de processus de nucléosynthèse primordiale n'étaient pas tenables : à part pour les éléments légers, une nucléosynthèse stellaire était non seulement une hypothèse qui marchait beaucoup mieux mais qui en plus pouvait être testée directement en laboratoire et par l'observation des étoiles.

Malgré des tentatives héroïques d'Alpher et Herman pendant des années pour expliquer qu'on devait pouvoir mesurer le rayonnement fossile prédit par leurs travaux, personne ne les prit au sérieux tellement le paradigme dominant, et surtout les données observationnelles de l'époque, s'opposaient à la théorie du Big Bang.

Hans Bethe, grand ami de Gamow. Le prix Nobel de physique, découvreur du cycle CNO faisant briller certaines étoiles, ne fut pourtant pas l'un des auteurs de l'article publié avec son nom et celui d'Alpher (Crédit : Michael Okoniewski).

La seconde, à laquelle Alpher fera référence avec amertume presque jusqu'à la fin de sa vie, est le caractère « excentrique » de Georges Gamow, et plus précisément son sens de l'humour.

Il cosigna en effet l’article d'Alpher sur l'origine des éléments chimiques en ajoutant le nom d'Hans Bethe, dont les travaux sur l'origine de l'énergie des étoiles lui avaient inspiré une partie de ses idées sur le Big Bang. Les trois signatures, Alpher, Bethe, Gamow constituant un jeu de mots avec les trois premières lettres de l'alphabet grec Alpha, Bêta, Gamma.

Bien que n'ayant absolument pas participé à la rédaction de l'article, Bethe, prévenu par Gamow, n'opposa aucun refus à son ami de longue date. Et bien évidemment, comme Alpher avait tenté de l'expliquer en vain à Gamow, la signature de deux géants de la physique nucléaire ne pouvait que rendre mineure, à tort, sa contribution à l'article.

Au final, le nom et les travaux d'Alpher disparurent rapidement de l'esprit des astrophysiciens et des cosmologistes des années 50 et même 60. Ce n'est que plus tard, lors de la remise du prix Nobel de physique en 1978 que Penzias profita de sa conférence pour réparer l'oublie que lui, Wilson et la communauté scientifique avaient fait pendant de longues années. Aujourd'hui encore celui-ci est toujours largement répandu.

En 2001, Alpher et Herman publièrent un livre sur leur histoire intitulé Genesis of the Big Bang et en 2005 Alpher reçut la US National Medal of Science. Toujours alerte intellectuellement mais diminué depuis des années par une attaque cardiaque, Alpher n'en suivait pas moins les observations des sondes COBE et WMAP et, du point de vue théorique, s'interrogeait sur l’Avant Big Bang.

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