答案在于爱因斯坦的狭义相对论，这方面具体内容我们在第2章里.2
成部分的总称，它包含质子和中子。因此：
常见的氢包含1个质子+0个中子=1个核子
同位素氘包含1个质子+1个中子=2个核子
同位素氚包含1个质子+2个中子=3个核子
常见的氦包含2个质子+2个中子=4个核子
因此下一个重核将包含5个核子，但这种核不存在，因为它本质上
是不稳定的，这是复杂的核相互作用力的结果。然而，在不稳定的5核
子核之外还有一系列稳定的核，如碳（通常有12个核子）、氧（通常有
16个核子）和钾（39个核子）。
为了对为什么核子数决定着某个核的稳定性和存在性（以及其他核
的不稳定性和不存在性）这一点有所认识，我们来考虑车辆的稳定性与
它们有多少只轮子之间关系的情况。我们见过独轮车，也见过两轮的自
行车、三轮车和四个轮子的汽车。但五个轮子的车辆实际上是不存在
的，因为第五个轮子没什么用处，如果有的话，它只会不利于车辆的稳
定性和性能。然而，再增加一个轮子则将提高平衡性并有利于均衡车辆
的荷载，许多载重卡车确实有六个甚至更多的轮子。同样，但出于不同
的原因，1核子、2核子、3核子、4核子和6核子的核都是稳定的，但5核
子的核实际不存在。
但是，为什么缺乏5核子核对伽莫夫和阿尔弗就是灾难性的呢？原
来在构成如碳以上的较重原子核的核合成道路上，这种缺乏明显是一道
不可逾越的裂隙。从轻核变换到重核的路径包含一个或多个中间步骤，
如果其中某一步不被允许，那么整个路径都将被阻塞。取得较重的原子
核的明显路径是向氦核（4个核子）中添加1个质子或中子生成5核子
核，但这是完全不允许的核的类型。因此，实现较重的原子核的道路被
封堵。
一种解决方案是让一个氦核同时吸收1个中子和1个质子，从而跳过
不稳定5核子核，直接生成稳定的6核子锂核（3个质子和3个中子）。然
而，1个质子和1个中子同时以完全正确的方式击中氦核的机会微乎其
微。这种核反应很难触发，因此想让两个碰撞正好同时发生的愿望太过
牵强。
另一种跳过5核子步骤的方法是让两个4核子的氦核合并生成一个8
核子核，但出于与5核子核不稳定的同样理由，这种核也是内在地就是
不稳定性的。大自然令人气恼地将两条最明显的轻核变重核的路径都堵
死了。
图79 匈牙利出生的物理学家尤金·魏格纳试图找到一条从氦核越过5核子鸿沟到碳核以及更重
的核的途径，但未能成功。乔治·伽莫夫画了一幅漫画来说明维格纳的失败途径之一。伽莫夫的
标题解释道：“E.维格纳提出了另一条跨越质量5的鸿沟的巧妙方法。这就是著名的核铁索桥方
法。”
伽莫夫和阿尔弗没有退却。他们用最新的中子寿命和反应截面数据
更新了他们的计算。此外，原论文的计算一直依靠的是电驱动的
Marchant&Friden台式计算器，现在他们利用计算领域最新发展起来的
技术手段来处理问题。他们获得了里夫斯模拟计算机，随后他们又升级
到磁鼓存储式计算机。后来，他们又投资购买了IBM的可编程读孔式计
算机，最后是SEAC，早期的数字计算机。
好消息是，他们对氢和氦的丰度的估计仍然是准确的。甚至由学术
对手的独立计算（如图80）也证实早期宇宙创生的氢和氦的相对丰度与
观察到的当前宇宙中的比率基本一致。坏消息是，精确的计算还是没有
显示出创造比氦更重的核的机制。
图80 核物理学家恩里科·费米和安东尼·托克维奇也计算了早期宇宙中元素的丰度。他们的结
果（如本图所示）与伽莫夫和阿尔弗的结果是一致的。这说明宇宙的化学演化发生在最初的
2000秒。
随着中子衰变为质子，中子的数量在不断下降，这就是为什么质子（氢核）的数量在增加的原
因。中子数下降的另一个原因是被结合进氦核，氦的丰度也在不断增加，使得它成为宇宙中第
二种最丰富的核。图中给出的其他核是氢和氦的同位素，是由普通氢到普通氦的衰变过程中生
成的。
天文学家测量了氘和氚（重氢同位素）的现今的丰度，这些测量结果与伽莫夫、阿尔弗以及费
米和托克维奇所做出的预测是一致的。这使得大爆炸模型得到进一步认可，现在它可以将宇宙
中最轻的原子核的丰度解释成大爆炸后炽热的、致密的环境下的核反应的结果。伽莫夫称之为
神圣的“创生”曲线。
虽然重原子的核合成遇到了问题，但阿尔弗开始跟一位名叫罗伯特
·赫尔曼的同事合作开展了大爆炸理论另一方面的研究工作。阿尔弗和
赫尔曼有很多共同之处。两人都是定居在纽约的俄罗斯犹太流亡者的儿
子，都是试图名扬天下的年轻的研究人员。当赫尔曼听到伽莫夫和阿尔
弗关于宇宙的讨论后，他克制不住要参与他们的研究。有关宇宙极早时
期的计算的想法简直太有诱惑力了。
阿尔弗和赫尔曼根据大爆炸模型重温了宇宙的早期历史，由此开始
了他们的新的合作。宇宙极早期阶段纯粹是混沌状态，能量太大使得物
质的任何显著变化都无法实现。接下来的几分钟非常关键，可称为黄金
时代——不太热，也不太冷，恰到好处的温度形成了氦等轻核。这是α-
β-γ论文里所研究的时代。此后，宇宙变得太冷阻止了进一步聚变，但
不管怎样，不稳定的5核子核似乎都是生成较重原子核道路上绕不过去
的障碍。
虽然对于聚变反应温度已过低，但宇宙的温度仍然有大约100万
度，这导致所有的物质以一种称为“等离子体”的状态存在。第一种也是
最冷的物质状态是固态，其中的原子和分子被紧密地束缚在一起，例如
在冰中。第二种温度稍高点的状态是液态，其中的原子或分子之间的连
接较为松弛，允许它们流动，如水分子。第三种温度更高的状态是气
态，在气态下原子或分子之间几乎没有任何约束，它们可以独立地移
动，如蒸汽分子。物质的第四态——等离子体态，温度是如此之高，以
至于原子核已无法管束住自己的电子，所以这种态是一种原子核和电子
各自独立的混合态，如图81所示。大多数人都不了解等离子态状态，尽
管我们中的许多人每天都会点亮一根荧光灯管，使得里面的气体被电离
成等离子体。
因此，在宇宙创生的一小时后，它仍然是一锅简单的原子核和自由
电子混成的等离子体汤。带负电荷的电子会因为异号电荷之间的相互吸
引而试图将自己锁定在带正电荷的原子核上，但它们运动得太快根本无
法束缚在围绕核的轨道上。原子核和电子之间发生一次又一次碰撞反
弹，等离子体的状态持续存在。
图81 这4幅图以水为例代表着4种物质状态。水的分子式是H2O，每个分子由两个氢原子结合
到一个氧原子上组成。这些分子可以相互绑定形成固体，但热能会削弱这些分子键，形成液
体，甚至能够使它们断开形成气体。热能的进一步提高则可以让电子剥离原子核，形成等离子
体。
宇宙中还包含一种成分，即占压倒性的光的海洋。然而令人惊讶的
是，对这种在宇宙诞生之初就存在的东西，我们没有任何富于启发的经
验，因为这时不可能看到任何东西。光很容易与带电粒子（如电子）相
互作用，所以光会不断地散射等离子体中的粒子，导致一个不透明的宇
宙。由于这种多重散射，等离子体会表现得像一团雾。在雾气中你不可
能看到前方的汽车，因为它发出的光在到达你这里之前已经被精细的水
滴散射了无数次。因此，能到达你眼睛的光都是经过了很多次的转向。
阿尔弗和赫尔曼继续发展他们的早期宇宙的历史，他们不知道宇宙
初期的这种光海与等离子体之间的相互作用随着宇宙在时间推移中膨胀
还会发生什么事情。他们意识到，随着宇宙的膨胀，它的能量会散布在
更大的体积里，所以宇宙和它里面的等离子会平稳地冷却下来。这两个
年轻的物理学家推测，当温度逐渐降低到等离子体无法继续存在时会有
这样一个关键时刻，在这一点上，电子会被束缚在原子核上，形成稳定
的、中性的氢原子和氦原子。对于氢和氦，从等离子体到原子的转变大
约发生在3000℃的条件下，他们估计宇宙要冷却到这个温度大约需要30
万年左右的时间。这个事件通常被称为重组（这个词容易引起误解，因
为它给人感觉好像电子和原子核以前是结合着的，但实际不是这种情
形）。
重组后，宇宙中充满了中性的气态粒子，因为带负电荷的电子都被
结合到带正电荷的原子核上去了。这极大地改变了充盈着宇宙间的光的
行为。光与等离子体中的带电粒子容易相互作用，但不与气体中的中性
粒子作用，如图82所示。因此，根据大爆炸模型，在重组的时刻是宇宙
历史上光线第一次可以顺畅地穿越空间的时刻。在此时刻，仿佛宇宙的
雾突然消散了。
图82 根据大爆炸模型，重组的瞬间是早期宇宙历史上的一个重要的里程碑。
图（a）显示的是在大爆炸后的前30万年的宇宙环境，这期间一切都是等离子体。光线被它们遇
到的粒子不断散射，因为许多粒子都是带电的，这使得散射过程频发。
图（b）显示的是重组后的宇宙环境。这时宇宙已冷却到足以使氢和氦原子核俘获电子，形成稳
定的原子。由于原子是电中性的，因此这个阶段没有独立的电荷使光散射。因此宇宙对光是透
明的，光线可以顺畅地穿越宇宙。
随着阿尔弗和赫尔曼对后重组宇宙的意义的深入理解，笼罩在他们
心头的浓雾也消散了。如果大爆炸模型是正确的，如果阿尔弗和赫尔曼
掌握了物理真谛，那么在重组时刻就存在的光就可在今天的宇宙中被探
测到，因为光不与弥漫在空间的中性原子相互作用。换句话说，在等离
子体时代结束时所释放的光，现在应该作为一种“化石”存在。这种光将
是大爆炸的遗产。
阿尔弗和赫尔曼的研究完成于α-β-γ论文面世后的短短几个月之内。
应该说，这项研究比计算大爆炸后最初几分钟内的氢变氦过程更为重
要。原创性的α-β-γ论文是辉煌的，但它很容易遭到持成见者的指责。当
阿尔弗和伽莫夫进行早期的计算时，他们从一开始就知道他们试图寻找
的答案，即观测到的氦丰度。所以，当理论计算与观察相匹配时，批评
者试图通过声称伽莫夫和阿尔弗原本就在正确的方向上展开他们的计算
来诋毁他们的成就。换句话说，反对大爆炸的攻击者不公平地指责他们
是为了得到期望的结果来构建他们的理论的，这就像托勒密为了配合火
星的逆行玩弄本轮的做法一样。
与此相反，来自创生后30万年的光的遗迹则绝不能被解释为事后诸
葛亮。这里没有任何指责的余地。这种光的回声是唯一基于大爆炸模型
的一个明确的预言，因此阿尔弗和赫尔曼提供的是一种判决性的检验。
检测到这种光将为证明宇宙确实始于大爆炸提供有力的证据。相反，如
果这种光不存在，那么大爆炸就不可能发生过，整个模型将崩溃。
阿尔弗和赫尔曼估计，重组时刻所释放的光海具有大致千分之一毫
米的波长。这个波长是等离子体雾消散时宇宙温度（即3000℃）的直接
结果。然而，所有这些光波会被拉长，因为宇宙自重组以来已经不断膨
胀。这就像明显退行的星系所发出的光具有拉长和红移一样，这种效应
已经被诸如哈勃等天文学家测得。阿尔弗和赫尔曼自信地预言，抻长了
的大爆炸的光的波长现在应该有大约1毫米。这种波长对人眼是不可见
的，它位于频谱的所谓微波波段。
阿尔弗和赫尔曼做出具体的预测。宇宙应该充满了波长1毫米的微
弱的微波，它应该来自各个方向，因为它在宇宙的重组时刻无处不在。
任何能够检测到这种所谓的宇宙微波背景辐射的人都将证明，宇宙大爆
炸真的发生过。这一不朽的遗迹就等着人去进行测量了。
不幸的是，阿尔弗和赫尔曼的结论被完全忽略了。没有人做出任何
认真的努力去寻找他们提出的宇宙微波背景辐射。
为什么学术界会回避宇宙微波背景辐射的预言，这有多种原因，但
首要的是这种研究的跨学科性质。伽莫夫团队一直将理论核物理应用到
宇宙学上来提供所需的微波检测，以图检验其预测。因此，检测宇宙微
波背景辐射这一预言的理想人选应当是对天文学、核物理学和微波探测
技术都感兴趣且有此专长的某个人，但极少有人能有这样宽广的知识
面。
即使某个科学家确实具备进行这一探测所必需的技能，他也不会相
信检测这种宇宙微波背景辐射在技术上是可行的，因为微波技术在当时
还比较初级。即使碰巧他对这一技术的挑战持乐观态度，那么他也可能
对该项目背后的目的持怀疑态度。大多数的天文学家当时还不能接受大
爆炸模型，并抱定一个永恒宇宙的保守观念。因此，他们为什么要费心
去寻找一种出自于很可能根本不存在的大爆炸的宇宙微波背景辐射呢？
阿尔弗后来回忆到他、赫尔曼和伽莫夫是怎样花上5年时间来努力说服
天文学家相信他们的工作是值得认真考虑的：“我们花了大量精力来讨
论这项工作。没有人响应，没有人说这是可行的。”
图83 罗伯特·赫尔曼（左）和拉尔夫·阿尔弗（右）用伽莫夫和贴着“yIem”的酒瓶制造了他们
自己的蒙太奇，来庆祝αβγ论文的发表。阿尔弗偷偷地做了一组幻灯片，当他1949年在洛斯阿拉
莫斯国家实验室做报告时，这个画面突然出现在屏幕上，这让作为听众的伽莫夫十分惊喜。画
面上伽莫夫像一个跟着原始粒子汤一起从瓶子里逃出来的精灵。
为了解决他们的问题，阿尔弗、赫尔曼和伽莫夫不得不忍受着形象
上的侮辱。他们常常被描绘成两个年轻的暴发户跟在一个小丑后面亦步
亦趋。伽莫夫一向以他的打油诗和他时不时对物理学的另类应用而著
称。有一次，他认为上帝住在离地球9.5光年远的地方。这个典故源自
这样一个事实：1904年，日俄战争爆发后，俄罗斯各地的教会曾提出请
求祈祷日本遭到破坏，但直到1923年日本才遭受关东大地震的破坏。想
必祈祷者的祈祷和上帝的愤怒都受到光速的限制，这个延迟的时间表明
了主的住所的距离。伽莫夫还因《仙境里的汤普金斯先生》一书而著
称。在这本书里，他描述了一个光速仅为几千米每小时的世界，因此骑
自行车的人看到了很多相对论的奇异效应，如时间膨胀和长度收缩。不
幸的是，一些竞争对手认为这一做法是在推广幼稚和庸俗。阿尔弗总结
了他们的困境：“因为他用科普的语言来写物理学和宇宙学，因为他在
演讲中注入了大量的幽默，因此有太多的同行科学家经常不拿他当回事
儿。他的不被重视也让作为他的同事的我们两个被忽略，特别是因为我
们从事的是这样一种猜测性的宇宙学领域的工作。”
鉴于对他们工作的那种压倒性的冷漠，3个人在1953年发表了对他
们的工作的最后总结和新的计算方法后，不情愿地结束了他们的研究计
划。伽莫夫转向其他研究领域，包括与DNA有关的化学研究。阿尔弗离
开了学术界，成为通用电气的一名研究员，赫尔曼加入了通用汽车研究
实验室。
伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼的离去使得大爆炸宇宙学陷入一种困难境
地。几年后，大爆炸模型面临着两个尴尬的问题。首先，基于星系的红
移，大爆炸宇宙的年龄小于它所包含的恒星的年龄，这显然是荒谬的；
其次，大爆炸生成原子的尝试在氦这个地方遇到阻碍，这让人十分尴
尬，因为这意味着宇宙中不应含有氧、碳、氮或其他重元素。尽管前景
黯淡，但大爆炸还没到山穷水尽的地步。如果有人能发现阿尔弗和赫尔
曼所预言的宇宙微波背景辐射，这个模型是可以挽救和可信的。不幸的
是，没有人愿意受累去寻找它。
同时，那些支持永恒宇宙想法的人的状况看起来要积极得多。他们
正准备用修改了的模型进行反击。英国的一个宇宙学家小组正在发展一
种不仅能给出永恒的宇宙，而且还能够解释哈勃的红移观测结果的理
论。这种新的永恒宇宙模型将成为创生的大爆炸模型的最大竞争对手。
万变不离其宗
弗雷德·霍伊尔于1915年6月24日生于宾利。他是约克郡人，一位宇
宙学家，一个性格叛逆者，也是一个富于创造性的天才。未来将证明，
他是大爆炸模型遇到的最强劲和最具攻击性的批评家，并在我们对宇宙
的理解方面做出巨大的贡献。
霍伊尔在早年就显示出过人的观察和演绎天赋。当他还只有4岁
时，便独自想出一个告知时间的详细分析过程。霍伊尔注意到，当他的
父母向对方询问时间时，对方会先看一下外祖父的钟。于是霍伊尔便开
始一遍一遍地问时间，看看到底会发生什么事情。一天晚上，他在被送
到床上去睡觉时被告知现在已经是“7点过20分”了，于是他在入睡前解
开了这个谜：
我突然想到了一个主意。可能这就是“时间”，而不是一个我不知道
的神秘数字——所谓“7点过20分”，真的是2个单独的数字20和7
吗？……钟上有两个指针。也许一个数字属于一个指针，另一个数字属
于另一个指针。第二天我又反复琢磨了“什么是时间”这个问题，好像确
实是这样。因为钟面上的数字是大而清晰的，现在很容易看到有2套。
一个指针对应着一套数字，另一个指针对应着另一套数字。我又有了新
发现，懂得了什么是“过”和“到”，但实际上，这个问题解决了，我可以
转向其他令人费解的事情上去了，像是什么让风吹拂起来。
霍伊尔喜欢独自了解世界，因此他经常逃学，几个星期里总要旷一
次课。他在自传中回忆道，那时候老师试图教他罗马数字，而当时阿拉
伯数字已经非常好懂而且无处不在，所以上这种课显得毫无意义：“这
让我完全不能忍受，这种对智力的羞辱最终迫使我没上完那堂课。”在
另一次课上，霍伊尔带着鲜花走进教室，以此证明它有比老师前一天讲
述的更多的花瓣。老师对他的这种张狂报以掌掴。因此毫不奇怪，霍伊
尔又走了出来，而且再也没有回去。
图84 （左上）母亲抱着还是婴儿的霍伊尔。他父亲即使在第一次世界大战的战壕里，也一直
带着这张照片。右上照片背后的注记显示，这是蹒跚学步时的霍伊尔与他的玩具熊，霍伊尔后
来把自己描述为“显然信服一种错误的观念，认为世界要比我后来发现它的样子更美好。”左下
照片中的霍伊尔大约10岁的年龄，这正是他逃学的高峰期。最后这张照片显示他已是剑桥大学
的年轻大学生。
年轻的霍伊尔似乎花在本地电影院里的时间要比在教室里的时间多
得多。他通过研究无声电影的字幕来弥补课堂上没学到的东西：“我的
阅读是在瞅空钻进电影院看电影中学会的……电影院实在是卓越的教育
机构……每场只要1个铜板，比上课合算多了。”
当他稍大几岁后，霍伊尔表现出对天文学的兴趣。他的父亲，一个
没有受过教育的布料商人，常常陪他去邻镇看望一个有望远镜的朋友。
他们在那里待到晚上来研究星星，第二天一大清早赶回家。霍伊尔早年
对天文的迷恋在12岁时读了亚瑟·爱丁顿的《恒星和原子》一书而得到
强化。
最终，霍伊尔被说服接受英国教育。他入读彬格莱文法学校，然后
走上了传统的学术道路。1933年，他获得奖学金进入剑桥大学伊曼纽尔
学院深造，在那里学习数学。他表现出色，赢得了梅休奖，这个奖颁给
在应用数学方面最优秀的学生。毕业后，他取得了攻读剑桥博士学位的
资格，跟随如鲁道夫·皮尔斯、保罗·狄拉克、马克斯·玻恩和他心目中的
英雄亚瑟·爱丁顿一起工作。1939年获得博士学位后，他被推选为圣约
翰学院的研究员，由此他的研究开始关注恒星的演化。
但霍伊尔的学术进展突然被打断了：“战争改变了一切。它破坏了
我相对富足的生活，也吞噬了我创造力最强盛的时期，当时我刚刚找到
研究工作的立足点。”最初他被派往奇切斯特附近的海军雷达组工作，
1942年，他被提拔为位于萨里郡的威特利海军信号基地的部门领导，在
那里他继续从事雷达研究。也正是在这里，他遇到了托马斯·戈尔德和
赫尔曼·邦迪，这两位与他一样对天文学很感兴趣。在未来的岁月里，
霍伊尔、邦迪和戈尔德的合作将变得像他们的强大的美国对手伽莫夫、
阿尔弗和赫尔曼小组一样的著名。
邦迪和戈尔德，都在维也纳长大，然后又一起到了剑桥学习，两人
同住在靠近英国海军部研究实验室的一所房子里。霍伊尔往往一个星期
会花好几个晚上与他们待在一起，因为他自己的家在80千米外，他不喜
欢把时间抛洒在上下班的路上。在白天深入研究如何建造更好的雷达系
统结束后，三个男人经常在家里通过对战前就感兴趣的主题举行小型研
讨会来放松自己。
特别是，他们对哈勃的膨胀宇宙的观察结果及其影响变得非常着
迷。每当他们要解决一个宇宙学问题时，每个人都能发挥各自特有的专
长。邦迪是数学天才，提供讨论的逻辑基础，并将问题提升为公式。戈
尔德更擅长揭示问题背后的科学意义，因此通常为邦迪的方程提供物理
解释。霍伊尔学问最大，专门负责引导思路。据戈尔德所言：
弗雷德·霍伊尔一直催促我们——哈勃膨胀意味着什么？我们总是
面临着霍伊尔提出的挑战。霍伊尔让邦迪盘腿坐在地板上，然后坐在他
身后的一把扶手椅上，每隔5分钟就踢他一下，让他写快点，就像你策
马扬鞭。他会坐在那儿说，“来吧，做这个，做那个”，邦迪以飞快的速
度计算着，虽然他并不清楚所计算的东西——偶尔他会问霍伊尔，“现
在我该是乘上还是除以1046？”
战争结束后，霍伊尔、邦迪和戈尔德分别在天文学、数学和工程领
域忙着各自的事业，但他们都住在剑桥，因此在业余得以继续他们的宇
宙学头脑风暴。霍伊尔和戈尔德会定期在邦迪的家里聚会讨论两个竞争
性宇宙学理论——大爆炸模型和永恒的静态模型——的正反方观点。他
们的讨论对大爆炸模型存在很大程度的偏见，这部分是因为这个模型给
出的宇宙年龄比其中的恒星还年轻，部分是因为没有人知道大爆炸之前
是什么。同时，他们三个也都承认，哈勃的观测结果意味着一个不断膨
胀的宇宙。
图85 弗雷德·霍伊尔对物理学和天文学的许多领域都做出过贡献，但他最有名的是他的稳恒态
宇宙模型。
接着，到了1946年，剑桥三人组突然取得了突破。他们捣鼓出一个
全新的宇宙模型。他们的模型之所以不凡，是因为它似乎达成一种不可
能的妥协：它描述了一个正在膨胀的宇宙，但它依然是真正永恒的，基
本上不变。在此之前，宇宙膨胀一直是大爆炸创世时刻的代名词，但此
刻新的模型表明，哈勃红移和退行的星系也可以成为业已存在的传统宇
宙观的同盟军。
这一新模型的灵感似乎来自于1945年9月上映的一部叫作《深夜》
的电影。虽然它是由伊灵工作室出品，但与它通常出品的英语上流社会
的喜剧相去甚远。事实上，这是在废除战时审查制度（禁止可能会破坏
士气的任何形式的娱乐活动）之后由英国拍摄的第一部恐怖电影。
《深夜》，主演约翰·默文、米歇尔·雷德格雷夫和古奇·威瑟斯，讲
的是一个叫沃尔特·克雷格的建筑师一天睡醒后来到乡村，到一户人家
商讨一种新的设计方案时所发生的故事。当他到达后，他对屋里的各位
客人说，他在经常做的一个令人不安的梦里已经认识了他们。客人们的
反应既有怀疑又充满好奇，于是他们一个接着一个地讲述了各自的奇特
经历，克雷格由此听到了一连串的5个恐怖故事。这些故事既有兄弟间
谋杀的故事，也有精神病医生对精神病腹语患者行为的解释。克雷格被
每个故事弄得越来越激动，直到电影在一阵可怕的恐惧中进入高潮。突
然他醒了过来，这才意识到这一连串的事件只是一场令人讨厌的梦。他
爬下床，穿好衣服，来到乡村，走访农家商讨一种新的设计方案。当他
到达后，他对屋里的各位客人说，他在经常做的一个令人不安的梦里已
经认识了他们……
这部电影有一个奇怪的特性，因为故事随着时间，随着新的人物的
出现和整个情节的发展而不断演化，但它结束的地方恰恰是它开始的地
方。发生了很多事情，但在影片的结尾却什么都没有改变。因为这个循
环结构，这部电影可以无限演绎下去。
三个人于1946年在吉尔福德电影院观看了这部电影，不久戈尔德就
受此暗示提出了一个惊人的想法。霍伊尔后来描述了戈尔德对《深夜》
的反应：
汤米·戈尔德被这部片子牢牢抓住了，那天晚上他说：“如果宇宙的
构造也像这样那会怎样？”人们往往将不变的情形看作必然是静态的。
这部“鬼故事”电影给我们所有三个人的最大启示就是去除了这种错误观
念。我们可以有一种动态的不变情形，例如一条平稳流动的河流。
这部电影启发戈尔德提出了一种全新的宇宙模型。在这个模型中，
宇宙仍在膨胀，但它在所有其他方面都与大爆炸模型相左。请记住，大
爆炸模型的支持者认为，膨胀的宇宙就意味着宇宙有一个体积很小、密
度很高且炽热的过去，这在逻辑上必然推断出宇宙始于数十亿年前的一
次创生。与此相反，戈尔德认为，膨胀的宇宙在很大程度上可以一种不
变的状态永远存在下去。正如在《深夜》中的情形，戈尔德想象宇宙随
着时间的推移演化，但大体上保持不变。
在详细解释戈尔德的看似矛盾的想法之前，我们不妨来看看我们身
边的一些切合这种观念——不断变化但具有永恒特征——的事情。霍伊
尔以一条河为例，河流在不断地流动，但其基本形状没有改变。再有，
有一种云叫透镜状高积云。这种云通常出现在山顶，甚至出现在刮猛烈
的风的期间。潮湿的空气被上升气流吹向云的一侧，在此冷却，凝结，
形成新的液滴并添加到云中。同时，下沉气流形成的风又吹走了云的另
一侧的水滴，此时液滴向山下流动，遇热蒸发。水滴不断地从一侧加入
到云中，同时又在另一侧不断丢失，但总体而言，云的形状并没有什么
改变。甚至我们的身体也表现出这种不断改变但总体和谐稳定的特性，
因为我们的细胞在不断地死亡，并由新细胞替换掉，新细胞不久又死
了，又由更新的细胞所取代，周而复始。事实上，几年过去，我们身上
的几乎所有的细胞全都被替换了一遍，但我们仍然是同一个人。
那么，戈尔德是如何将这一原理——不断发展但总体不变——运用
到整个宇宙上的呢？持续发展是显而易见的，因为宇宙看上去在不断扩
张。如果这种扩张不伴随其他过程，那么宇宙就将随时间发生变化，变
得不那么致密，这正是大爆炸模型所显示的。然而，戈尔德向演化的宇
宙中引入了第二个因素，一个抵消膨胀的稀释效果，从而不导致整体变
化的因素。这就是宇宙通过不断产生新物质来填充星系退行留下的空
隙，从而使宇宙的总体密度保持不变的想法。这种宇宙表观上在不断演
化和膨胀，但它总体上不变，呈稳恒态。宇宙因膨胀引起的耗散将通过
物质的不断产生得到补充。
演化而又不变的宇宙的概念被称为稳恒态模型。当戈尔德第一次推
出这一概念时，霍伊尔和邦迪称之为疯狂的理论。那天傍晚他们正在邦
迪家聚会，在晚餐前，霍伊尔还认为戈尔德的理论可能被撕去，他不认
同。但随着他们变得越来越饿，事情变得越来越清晰：戈尔德的宇宙论
是自洽的，与广泛的天文观测结果兼容。这是一个完全合理的宇宙理
论。简言之，如果宇宙是无限的，那么它可以体积增大一倍而保持不
变，只要在星系之间不断有物质产生即可，如图86所示。
此前所有的宇宙学思维均受到宇宙学原理的引导。这一原理指出，
我们在宇宙中的位置——银河系及其周围——本质上与宇宙其他地方是
一样的。换句话说，我们并不位于宇宙中某个特殊位置上。爱因斯坦在
首次将广义相对论推广到整个宇宙上时就运用了这一原理。但戈尔德前
进了一步，提出了理想宇宙学原理：不仅我们的这块宇宙补丁与宇宙其
他地方的一样，而且我们在宇宙中所处的时间也与其他任何地方一样。
换句话说，我们既不生活在宇宙的一个特殊的地方，也不是处在宇宙的
某个特定时刻。宇宙不仅处处一样，而且时时一样。戈尔德认为，宇宙
的稳态模型是他的理想宇宙学原理的自然结果。
图86 图（a）显示大爆炸宇宙的膨胀。一个小的宇宙补丁面积增大1倍，随后再次倍增。于是
代表星系的点变得稀疏，随着时间的推移，宇宙变得不那么稠密。
图（b）显示稳恒态宇宙的膨胀。宇宙的小补丁面积同样是两次加倍，但这次在旧的星系之间出
现了新的星系，如演化的中间阶段所示。这些种子星系发展成完全成熟的星系，所以第三张图
的宇宙看起来与第一张的相同。批评者可能会抱怨说，虽然宇宙密度相同，但宇宙已经改变
了，因为它现在是以前的4倍。但是如果宇宙是无限的，那么4倍的无限仍然是无限的。因此，
一个无限的宇宙确实可以不断膨胀但保持不变，只要由膨胀所产生的空白能被新的星系填满就
行。
剑桥三人组进一步发展了戈尔德的想法，最终在1949年发表了2篇
论文。第一篇由戈尔德和邦迪撰写，从广泛的哲学角度描述了稳恒态模
型。霍伊尔则想用更多的数学细节来表达这个模型，这就是为什么他的
文章单独发表。这种风格上的分野只是表面的，霍伊尔、戈尔德和邦迪
继续携手合作，将他们的稳恒态模型推进到宇宙的其他地方。
针对稳恒态模型可以直接提出两点质疑。所有这些物质都是在哪里
被创造出来的，它们来自哪里？霍伊尔回应说，任何人都不应期望看到
恒星和星系出现的地方。对宇宙膨胀的补偿需要物质的产生速度仅
为“在体积等于帝国大厦的空间里每世纪产生一个原子”，因此地球上的
观察者不可能检测到。为了解释这些原子的产生，霍伊尔提出了产生场
（也称C场）的概念。这个完全假想的实体渗透到整个宇宙，自发地产
生原子并维持现状。霍伊尔不得不承认，他不知道他的C场背后的物
理，但在他看来，他的这种物质不断生成的模型要远比全能的大爆炸模
型更明智。
现在宇宙学家有了一个明确的选择。他们可以选择大爆炸宇宙，它
有一个创生的时刻，并具有非常不同于现在的有限的历史和未来。他们
也可以选择稳恒态宇宙，它有连续的物质产生，具有很大程度上与当今
相同的永恒的历史和未来。
霍伊尔急于证明稳恒态模型代表着真正的宇宙，他提出了一种明确
的检验方法来证明他是正确的。根据稳恒态模型，新的物质处处被产生
出来，而且这过程随着时间进程将处处产生新的星系。这些婴儿星系应
该也存在于我们的周围，存在于宇宙的另一边，以及所有地方。如果稳
恒态模型是正确的，那么天文学家就应该能够在整个宇宙中检测到这些
婴儿星系。但是大爆炸模型预言了一种非常不同的情形。它声称整个宇
宙是同时诞生的，所有的一切都应该以一种类似的方式演化，所以有一
段时间所有的星系都是婴儿，此后它们大多是青少年，现在它们应该是
相当成熟的。因此，现今要想看到婴儿星系的唯一方式是要有一架可以
看到很远很远的宇宙的非常强大的望远镜。这是因为一个非常遥远的星
系所发出的光需要有如此长的时间才能到达我们这里，我们看到它，就
等于看到了遥远的过去，因此这个星系可认定是一个婴儿星系。
因此，稳恒态模型预言婴儿星系均匀分布在宇宙各处，而根据大爆
炸模型，我们只能在非常遥远的距离之外才能看到婴儿星系。不幸的
是，这场稳恒态模型与大爆炸模型之间的争论始于20世纪40年代末，当
时即使是世界上最强大的望远镜也没有强大到足以让天文学家对婴儿星
系和较成熟的星系做出区分。婴儿星系的分布不明确，大爆炸与稳恒态
的争论仍没有解决。
图87 托马斯·戈尔德、赫尔曼·邦迪和弗雷德·霍伊尔，三人提出了宇宙的稳恒态模型。
由于缺少精确的观察或过硬的数据来对大爆炸和稳恒态模型做出区
分，于是两个敌对阵营便使出冷嘲热讽来替代科学论证。例如乔治·伽
莫夫指出，大部分的稳恒态模型的支持者来自英格兰，于是就用这一点
来奚落他们：“稳恒态理论在英国是如此受欢迎并不奇怪，这不仅是因
为它的3位提出者是英国（土生土长的和进口的）后代——H.邦迪、T.
戈尔德和F.霍伊尔，而且还因为它曾是大不列颠维持欧洲现状的政
策。”
霍伊尔和戈尔德，以及一定程度上的邦迪，都属地地道道的叛逆
者，所以伽莫夫嘲弄称稳恒态模型源于典型的英国保守主义是相当不公
正的笑话。事实上，霍伊尔在质疑正统观念方面可谓近乎偏执。有时他
被证明是对的，但很多时候他只是表现出作为一个科学家的思想深度。
最著名的当属霍伊尔非难始祖鸟化石为伪造，而且他还表示过对达尔文
的自然选择进化论的严重怀疑。他在写给《自然》杂志的文中称：“从
无生命的物质到形成生命的可能性只有1后面跟着40000个零分之一的概
率……这个分母大到足以埋葬达尔文和全部进化论。”
霍伊尔后来想出了一个说明复杂进化明显不可能的戏剧性比
喻：“想象一场龙卷风刮过一个杂乱的院子，大风过后，在它经过的道
路上停着一架全新的波音747大型喷气式客机，显然，这架飞机就是由
