Pourquoi l'univers se ressemble-t-il dans toutes les directions ?

Regarde le fond diffus cosmologique dans une direction, puis dans la direction exactement opposée. Les deux morceaux de ciel sont si éloignés que, compte tenu de l'âge de l'univers et de la limite de vitesse de la lumière, ils n'ont jamais pu échanger ne serait-ce qu'un seul photon. Et pourtant, ils affichent une température presque identique. Cette énigme s'appelle le problème de l'horizon, et pendant des décennies, elle n'avait pas de bonne réponse.

Il existe une seconde énigme, liée à la première. La densité de l'univers se situe remarquablement proche d'une valeur précise dite « critique », la frontière entre un univers qui finirait par s'effondrer et un univers qui s'étend pour toujours. Le moindre écart par rapport à cette valeur aurait dû s'amplifier énormément au fil des milliards d'années, donc pour que l'univers paraisse aussi équilibré aujourd'hui, sa densité juste après le Big Bang devait être ajustée à une part sur 10^62 près (un 1 suivi de 62 zéros) de cette valeur critique. C'est le problème de la platitude. Un réglage aussi précis par pur hasard semblait absurde.

Alan Guth, un jeune physicien de Cornell, est arrivé à ces énigmes presque par la bande. En 1978, il assiste à une conférence de Robert Dicke sur le problème de la platitude. En 1979, en travaillant sur une tout autre énigme liée aux particules, il découvre que l'univers primitif a pu connaître une brève poussée d'expansion exponentielle. On l'appellera l'inflation cosmique. L'inflation aplatit toute courbure, de la même façon que la Terre paraît plate quand on se tient sur un tout petit bout de sa surface. Deux semaines plus tard, Guth entend des collègues parler du problème de l'horizon, et comprend que l'inflation le résout aussi. Avant l'inflation, la région devenue notre univers observable était minuscule. Toutes ses parties pouvaient échanger des signaux et s'égaliser. L'inflation a ensuite gonflé ce morceau uniforme, en emportant son uniformité avec lui.

Guth a soumis son article en 1980. Plus tard, des satellites comme COBE et WMAP ont mesuré dans le fond diffus cosmologique des motifs conformes aux prédictions de l'inflation. Pourtant, personne ne sait quel champ physique a entraîné cette expansion, et certains scientifiques contestent la théorie. L'inflation reste l'explication dominante, mais non prouvée, de l'étonnante uniformité de l'univers.