Το 1929, ο Έντγουιν Χαμπλ επιβεβαίωσε ότι το Σύμπαν διαστέλλεται.
Μήπως το σύμπαν δεν είχε αρχή; Αν ναι, τι συνέβαινε πριν;
Ένας από τους πρώτους που ασχολήθηκαν με το θέμα ήταν ο Βέλγος ιερέας και κοσμολόγος
Παρά την αγάπη του για τη φυσική, ο Λεμαίτρ ακολούθησε τη συμβουλή του πατέρα του. Αφού πήρε πτυχίο πολιτικού μηχανικού το 1913, άρχισε να εκπαιδεύεται ως μηχανικός ορυχείων.
«Μερικές φορές ένας μόνο παράγοντας μπορεί να αλλάξει την πορεία κάποιου στη ζωή. Στην περίπτωσή μου, ήταν τα εργαστήρια ανόργανης χημείας που με έπεισαν να αλλάξω τις σπουδές μου από τη χημική μηχανική στη φυσική», αναφέρει ο Μαρσέλο Γκλέλστερ στο Big Think.
Στην περίπτωση του Λεμαίτρ, ήταν η φρίκη του Α′ Παγκοσμίου Πολέμου που άλλαξε την πορεία της ζωής του. Όταν ο πόλεμος είχε τελειώσει, ο Λεμαίτρ ήξερε ότι ήταν καιρός να κυνηγήσει το όνειρό του. Μέχρι το 1920, είχε γραφτεί τόσο σε ένα μεταπτυχιακό πρόγραμμα στη μαθηματική φυσική όσο και στο Maison Saint Rombaut, ένα σεμινάριο της Αρχιεπισκοπής του Μεσελέν. Εκεί θα εκπαιδευόταν για ιερέας.
Τον Σεπτέμβριο του 1923, ο Λεμαίτρ άρχισε μεταπτυχιακές σπουδές και στην Αστρονομία στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ. Εκεί εργάσθηκε με τον αστρονόμο Άρθουρ Στάνλεϋ Έντινγκτον, που τον μύησε στη σύγχρονη Κοσμολογία, τους αστέρες, αλλά και την αριθμητική ανάλυση. Ο Λεμαίτρ πέρασε το επόμενο έτος στις ΗΠΑ, στο Harvard College Observatory με τον Χάρλοου Σάπλεϋ, που είχε μόλις γίνει γνωστός από τις μελέτες του στα «νεφελώματα» (γαλαξίες στη σημερινή γλώσσα), και στο MIT.
Ο Λεμαίτρ εισηγήθηκε πρώτος αυτό που αργότερα έγινε γνωστό ως η θεωρία της Μεγάλης Έκρηξης («Big Bang») για τη γέννηση του Σύμπαντος, την οποία είχε ονομάσει «υπόθεση του πρωταρχικού ατόμου». Υπήρξε πρωτοπόρος στην εφαρμογή της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας στην Κοσμολογία. Πρότεινε μια πρώιμη μορφή του Νόμου του Χαμπλ το 1927, ενώ δημοσίευσε τη θεωρία του πρωταρχικού ατόμου στο επιστημονικό περιοδικό Nature το 1931.
Την εποχή εκείνη ο Αϊνστάιν πίστευε ότι το Σύμπαν ήταν αιώνιο και είχε ήδη εκφράσει τον σκεπτικισμό του για τη δημοσίευση που είχε κάνει ο Λεμαίτρ το 1927.
Η εργασία του Λεμαίτρ δημοσιεύτηκε σε ένα περιοδικό και παρέμεινε σε μεγάλο βαθμό απαρατήρητη.
Ο ίδιος προσπάθησε να μιλήσει στον Αϊνστάιν για τα αποτελέσματά του, αλλά ο Αϊνστάιν δεν έδειξε ενδιαφέρον.
Η μοίρα του Λεμαίτρ επρόκειτο να αλλάξει δραματικά και μέσα σε λίγα χρόνια, καθώς ο ίδιος ο Αϊνστάιν θα χειροκροτούσε τις ιδέες του.
Όταν ο Χαμπλ δημοσιοποίησε τις παρατηρήσεις του, πολλοί κοσμολόγοι, συμπεριλαμβανομένων των ντε Σίτερ και Έντινγκτον, προσπάθησαν να βρουν ένα ημι-ρεαλιστικό μοντέλο του Σύμπαντος που θα μπορούσε να φιλοξενήσει τόσο την ύλη όσο και τη διαστολή.
Όταν ο Λεμαίτρ άκουσε τις προσπάθειές τους, υπενθύμισε στον πρώην καθηγητή του ότι είχε λύσει το πρόβλημα το 1927. Ο Έντινγκτον διάβασε τελικά την εργασία του Λεμαίτρ και κατάφερε να δημοσιεύσει μια μετάφραση στο Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Οι προφητείες του τελικά δικαιώθηκαν, ο Λεμαίτρ συνέχισε με ένα πιο φιλόδοξο σχέδιο: να αναπτύξει μια πλήρη, έστω και ποιοτική, ιστορία του Σύμπαντος, συμπεριλαμβανομένης της μυστηριώδους προέλευσής του.
Η αρχική εργασία δημοσιεύθηκε σε συντομευμένη αγγλική μετάφραση το 1931, μαζί με μία συνέχεια όπου ο Λεμαίτρ απαντά στο σχόλιο του Έντινγκτον. Ο Λεμαίτρ προσκλήθηκε τότε στο Λονδίνο για να συμμετάσχει σε συνάντηση που διοργάνωσε η «Βρετανική Ένωση για την Επιστημονική Πρόοδο» (British Association for the Advancement of Science) πάνω στη σχέση ανάμεσα στο φυσικό Σύμπαν και το πνεύμα.
Εκεί πρότεινε ένα διαστελλόμενο Σύμπαν που άρχισε με μια αρχική βαρυτική ανωμαλία, και την ιδέα του «πρωταρχικού ατόμου», την οποία και ανέπτυξε σε μια αναφορά που δημοσιεύθηκε στο Nature.
Ο πατήρ Λεμαίτρ περιέγραψε επίσης τη θεωρία του ως το «Κοσμικό Αυγό», που «εξερράγη κατά τη στιγμή της Δημιουργίας». Ο όρος «Big Bang theory» προήλθε από ένα κριτικό σχόλιο του Φρεντ Χόυλ από το ραδιόφωνο.
Τον Ιανουάριο 1933, ο Λεμαίτρ και ο Αϊνστάιν, που είχαν ήδη συναντηθεί μερικές φορές (το 1927 και 1932 στις Βρυξέλλες, θα συναντιόνταν και πάλι το 1935 στο Πρίνστον), ταξίδεψαν μαζί στην Καλιφόρνια για μια σειρά σεμιναρίων.
Γράφηκε τότε ότι, αφού ο Βέλγος παπάς είχε αναπτύξει τη θεωρία του, ο Αϊνστάιν σηκώθηκε όρθιος, χειροκρότησε και είπε: «Αυτή είναι η ωραιότερη και πιο ικανοποιητική εξήγηση της Δημιουργίας που έχω ακούσει ποτέ» (εφημερίδες της εποχής). Ωστόσο, υπάρχει διαφωνία στο αν ο Αϊνστάιν αναφερόταν στην πραγματικότητα στη θεωρία ως σύνολο ή στην ειδικότερη πρόταση του Λεμαίτρ ότι οι κοσμικές ακτίνες μπορεί να συνιστούν τα υπολείμματα της αρχικής «έκρηξης». Αργότερα, η έρευνα στις κοσμικές ακτίνες από τον Ρόμπερτ Μίλλικαν θα διέψευδε αυτή την μερική πρόταση.
Την ίδια χρονιά, ο Λεμαίτρ θα έφθανε στη μεγαλύτερη «κατά κόσμον» δόξα του. Οι εφημερίδες σε όλο τον κόσμο τον αποκαλούσαν διάσημο Βέλγο επιστήμονα και τον περιέγραφαν ως τον ηγέτη της νέας κοσμολογικής Φυσικής.
Το 1933 επίσης βρήκε μια σημαντική μη ομοιογενή λύση των πεδιακών εξισώσεων του Αϊνστάιν, που περιγράφει ένα σφαιρικό νέφος σκόνης.
Στις 17 Μαρτίου 1934 απονεμήθηκε στον Λεμαίτρ το Βραβείο Francqui, η υψηλότερη βελγική επιστημονική διάκριση, από τον βασιλέα του Βελγίου Λεοπόλδο. Τον είχαν προτείνει οι Αϊνστάιν, Σάρλ - Ντε λα Βαλέ - Πουσιιν και Αλεξάντρ ντε Χεμπτίν.
Τα μέλη της διεθνούς κριτικής επιτροπής ήταν οι Έντινγκτον, Πολ Λανζεβέν και Τεοφίλ ντε Ντόντερ. Μία άλλη διάκριση της βελγικής κυβερνήσεως για εξαιρετικούς επιστήμονες του απονεμήθηκε το 1950: το δεκαετές βραβείο εφαρμοσμένων επιστημών για την περίοδο 1933-1942.