父变星，这已经成为测量星系距离的基本准则。亨丽埃塔·莱维特已表
明，造父变星有一个有用的性质，就是两个亮度峰值之间的时间段是其
固有光度的优越的指征，而后者可用于与其视亮度进行比较来确定它到
地球的距离。哈勃曾第一个发现了银河系外的造父变星，从而测量了另
一个星系（即仙女座星系）的距离。
然而到了1940年，事情变得很明显，大多数恒星可以分为两大类
型，称为星族。较老的恒星属于星族Ⅱ，在这些恒星瓦解之后，其碎片
变成新的、年轻恒星（即星族Ⅰ）的成分。这些新星通常要比星族Ⅱ的
恒星热，也更明亮，光谱更偏蓝。巴德认为造父变星也可以分为这两
类，并认为这正是仙女座星系距离背后的矛盾所在。
巴德认为仙女座更远的观点是基于简单的两步。首先，星族Ⅰ的造
父变星要比有同样光变周期的星族Ⅱ的造父变星亮；其次，天文学家们
往往只观测仙女座星系中较亮的星族Ⅰ的造父变星，但他们无意间用了
银河系中较暗的星族Ⅱ的造父变星来建立仙女座星系的造父变星的距离
尺度。
哈勃不知道造父变星有两种类型，因此犯了这样一个错误：用本地
较暗的星族Ⅱ的造父变星与仙女座星系的相对明亮的星族Ⅱ的造父变星
作比较，结果他错误地估计了仙女座星系的距离，即他估计的距离要比
实际距离近。
为了直接解决这个问题，巴德着手根据两类造父变星来重新校准造
父变星的标准尺度。通过这种方式，他可以正确估算出到仙女座星系的
造父变星的距离，也就是到仙女座本身的距离。他指出，平均来看，星
族Ⅰ造父变星的亮度是星族Ⅱ中具有相同光变周期的造父变星的4倍。
简单来说就是，如果一颗恒星到观察者的距离远离到原先的两倍，那么
它的光强将减弱为原先的四分之一。因此，仙女座星系必须挪远到原先
的两倍距离上——大约为200万光年的距离——才能矫正这样一个事
实：平均而言，仙女座星系中可见的星族Ⅰ的造父变星的亮度，是原先
用来测定距离的星族Ⅱ的造父变星的亮度的4倍。现在，到仙女座星系
的距离得到了纠正。因此毫不奇怪，在200万光年的距离上，天琴RR型
星的亮度太微弱根本观察不到。
如果说调整仙女座星系的距离是巴德这项工作的唯一结果的话，那
么它在天文学史上就似乎不值得大书特书了。然而实际上，到仙女座的
距离已被用于估计我们到其他星系的距离，所以仙女座距离的加倍意味
着到所有其他星系的距离都要加倍。
而且，估算给出的这些星系的退行速度保持不变，因为它们是从光
谱的红移推算出来的，它们不受巴德的研究成果的影响。这对大爆炸模
型有着巨大的积极影响。如果距离加倍，速度保持不变，那么从创生那
一刻到所有星系当前距离的时间也必须加倍。换句话说，大爆炸模型下
的宇宙年龄现在应当向上修正到36亿年，这个数字不再与地球的年龄相
冲突。
大爆炸模型的批评者指出，恒星和星系比地球年长，因此很可能超
过36亿年，这意味着宇宙似乎仍含有比宇宙本身年龄更大的天体。这样
的话，这些批评者声称，所谓时标困难仍然是一个问题。但是，大爆炸
模型的支持者没有被这一完全合理的论点扰乱，因为巴德的研究已经表
明，就测量星系的距离和宇宙的年龄而言，仍有很多东西需要学习。他
发现了一个错误，就使宇宙的年龄翻番，因此很可能日后人们发现另一
个错误，宇宙年龄会再次翻番。
在修正大爆炸模型的重大缺陷问题上，巴德走过了很长的路才取得
突破。这一突破的更重要的意义是强调了天文学中普遍存在的弱点——
盲从的习惯。由于哈勃的声誉，天文学家很久以来一直毫不犹豫地接受
了他公布的仙女座星系和其他星系的距离。不敢质疑和挑战这样的基本
判断，即使这些判断是由著名权威刚做出的；这是不发达科学的主要特
点之一。
许多年后，受到仙女座星系距离判断失误这一案例的启发，加拿大
天文学家唐纳德·弗尼尖锐地指出了科学上盲从这一不良品质的危害
性：“对天文学家的群体本能的权威性的研究还有待进行，但有许多
次，我们像羚羊一般聚在一起，低着头密集地排着队，以坚定的决心沿
着特定方向如隆隆雷声滚过平原。只要领头的一声信号，我们便掉转
头，以同样坚定的决心，向着一个完全不同的方向，仍然鱼贯有序地紧
挨着前进。”
巴德在出席于1952年罗马召开的国际天文学联合会会议上正式宣
布，宇宙的年龄是以前认为的两倍。会议室里那些支持大爆炸模型的同
行一眼就看出了这个新的测量值支持他们所信仰的创生时刻——或至少
是去除了绊脚石。要不怎么说历史常有巧合呢，当时这个专题讨论会的
会议记录正是大爆炸模型的激烈的批评者——弗雷德·霍伊尔。他尽职
尽责地记录下会议结果，但他对永恒宇宙的根深蒂固的信念迫使他选择
了这样一种遣词造句的方式，就是小心翼翼地避免引向大爆炸模型或物
质创生模型。他写道：“哈勃的宇宙特征时间尺度现在必须从大约18亿
年提高到大约36亿年。”
唯一对这个结果感到比霍伊尔更加失望的人是埃德温·哈勃。不论
大爆炸模型正确与否，他都不会有一丝一毫的挫败感，因为他从来不会
让宇宙学问题来打扰自己。哈勃只关心他的测量结果的准确性，而不是
对它的解释并根据它们来确立理论的正确性。因此在这一刻，他彻底绝
望了，因为巴德发现了他的距离测量中存在重大缺陷。
当哈勃认真考虑了巴德的新的测量结果的意义后，他感到一阵彻痛
的辛酸。尽管他荣获了许多国家奖和国际奖项，但他始终感到遗憾的
是，他从来没有被授予诺贝尔奖，这一直是他的终极目标。现在，巴德
指出了他的工作中的一个错误，这似乎让荣获诺贝尔奖变得更加遥不可
及。
事实上，诺贝尔物理学奖评审委员会毫不怀疑哈勃是他那个时代最
伟大的天文学家。在他们眼中，巴德的研究几乎没有玷污这位伟人的声
誉。毕竟，哈勃通过证明存在河外星系解决了1923年的大辩论问题，他
还在1929年用他的星系红移定律奠定了大爆炸与稳恒态模型争论的基
础。诺贝尔基金会忽略他的唯一原因是他们从未认为天文学是物理学的
一部分。哈勃吃亏是吃在了专业方向上。
哈勃曾满足于媒体和公众对他的赞美。他们尊他为宇宙英雄，他们
适时地赞颂了他的成就。正如一位记者所说的那样：“正如哥伦布航行
3000英里，发现一个大陆和一些岛屿一样，哈勃在无限的空间中漂泊，
发现了数百个巨大的新世界、星岛、次大陆和星座，这些星座可不是仅
仅在数千里之外，而是在百万亿英里之外。”
1953年9月28日，哈勃死于脑血栓。可叹的是，他完全不知道，诺
贝尔物理学奖评审委员会已秘密决定修改他们的规则，授予他诺贝尔奖
来认可他的成就。事实上，该委员会正准备公布对他的提名时，哈勃去
世了。
诺贝尔奖不能追授，而且协议规定该委员会的讨论内容不得外漏。
要不是因为有两名委员——恩里科·费米和苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡
——决定与哈勃的遗孀格蕾丝·哈勃联系告知此事，哈勃被提名的事儿
将一直是个秘密。他们急于让格蕾丝知道，她丈夫对理解宇宙所做出的
无与伦比的贡献没有被忽视。
越暗，越远，越古老
通过挑战并纠正公认的仙女座星系的距离，沃尔特·巴德一直提醒
他的同事们，过去的测量结果应当受到质疑和审查，如果发现不足就应
丢弃。这是一个健康的科学氛围的基本要素。只有当测量结果经过检
查、反复检查、再三检查、交叉检验，它才可以赢得“事实”的称号。即
便如此，偶尔的推翻性质的重新评估永远不会是有害的。
怀疑和批评的传统甚至也被用到巴德的距离测量上。事实上，正是
巴德自己的学生，阿伦·桑德奇，修正了他导师的测量结果，从而再次
增加了宇宙的年龄。
桑德奇像他的若干同事一样，第一次透过望远镜的目镜张望星空就
迷上了天文学。他从没忘记童年时“一场大爆炸出现在我的大脑里”的那
一刻。他考取了威尔逊山天文台的博士生，师从巴德，后者要求他对他
所观察到的最遥远的星系拍出新的图像。巴德只是想让桑德奇来检查他
的距离估计是否正确。
天文学家不能用造父变星的尺子去测量到最远的星系的距离，因为
在那么远的距离上已无法检测到造父变星。相反，他们必须采用一种完
全不同的测量技术，它依赖于这样一个合理的假设：仙女座星系中最亮
的恒星本质上与任何其他星系里最亮的恒星一样亮。因此，如果遥远星
系的最亮的恒星的视亮度只有仙女座星系中最亮的星的
1/100（1/102），那么该星系的距离被认为是仙女座星系的10倍，因为
亮度与距离的平方成反比。
尽管恒星的亮度差别很大，但用这种方法来测量距离不是没有道
理。例如人的身高差异也很大，但随机选取50个成年人组成一个样本，
我们可以合理地假设其中最高的人的高度大致为190厘米。因此，如果
将这样的两个组分开适当的距离，我们看到一个组里最高者的高度是另
一个组最高者的三分之一，那么我们可以合理地猜测，前一组的距离是
后一组的3倍远。这是因为两个组里最高的人的高度应大致相等，而表
观高度与距离成反比。这种方法不尽完美，因为一个组拉来的人可能正
要去参加篮球赛，而另一个组的人原本可能是要去参加赛马。但在大多
数情况下，这种距离估计的误差应在百分之几以内。
如果用这种方法来评估人的平均身高或恒星的平均亮度，将更加准
确。但天文学家们研究的天体是如此遥远，他们不得不将这种方法应用
到每个星系的最亮的恒星上，这是他们能够看到的对象。自1940年以
来，天文学家一直就用这一技术来测量遥远星系的距离，并自信这么做
基本上是可靠的，尽管他们有思想准备，所测的距离可能需要进行调
整。这就是为什么巴德要求桑德奇来检查他的估计值。事实上，桑德奇
发现，最亮恒星方法有一个根本性的缺陷。
由于照相术的改进，桑德奇可以看出，以前一直被认定为遥远星系
中最亮的恒星其实是聚在一起的别的东西。宇宙中大部分的氢已聚合成
熟悉的致密星，但也有相当数量的氢是以巨大的云团的形式存在的，它
们称为HⅡ区。HⅡ区吸收周围恒星的光，并被这些光加热到超过
10000℃。由于它的温度和大小，一个HⅡ区的光度可以盖过几乎所有
的恒星。
在桑德奇之前，天文学家一直无意识地错将仙女座星系中可见的最
亮恒星与更遥远的、新发现的星系里最亮的HⅡ区做比较。以为HⅡ区
是恒星。天文学家认为这些新星系比较接近，因为它们的最亮“恒星”看
起来相对较亮。当桑德奇得到了分辨率高到足以将这些HⅡ区与真正的
恒星区分开来的图像后，他的结论是，遥远星系中最亮的恒星实际上要
比误解的HⅡ区暗很多，因此这些星系必定比以前估计的远得多。
根据大爆炸模型，这些遥远星系的距离对于估算宇宙的年龄绝对关
键。1952年，巴德将星系的距离翻了一番，同时也将宇宙的年龄翻了一
番，达到36亿年。两年后，桑德奇将星系推得更远，宇宙的年龄也被增
加到55亿年。
尽管有了这些增加，测量值还是低估了。在整个20世纪50年代，桑
德奇一直在从事他的星系距离测量工作。不论是星系距离还是由此导致
的宇宙年龄一直在持续拉长。事实上，桑德奇将成为测量星系距离和宇
宙年龄的主要人物，并且很大程度上正是由于他的观察，在100亿岁到
200亿岁之间的宇宙最终变得清晰。这个宽广的范围与宇宙中其他对象
肯定是相容的。稳恒态理论不再嘲笑大爆炸理论说它解释不了为什么宇
宙会比它所包含的恒星年轻了。
宇宙炼金术
尽管时标困难现在算解决了，但大爆炸模型还有来自其他问题的困
扰。最重要的是有关核合成，特别是重元素形成的问题。乔治·伽莫夫
曾夸口：“这些元素冷却的时间比做一盘烧鸭加烤土豆所花的时间还要
短。”总之，他认为所有各种原子核都是在大爆炸后的1小时内产生的。
然而，尽管伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼尽了最大努力，但除了最轻的原
子，如氢和氦，其他元素的原子的形成机制一直无法找到，即使在大爆
炸后存在一个炽热期。如果重元素不是在大爆炸之后瞬间产生，那么问
题很清楚：它们是何时何地被创造出来的？
（最后一排左起）F.霍伊尔、H.C.范德胡斯特、A.R.桑德奇、J.A.惠勒、H.赞斯特拉、L.勒杜
（中间一排左起）O.S.克莱恩、W.W.摩根、B.V.库卡尔金、M.菲尔兹、W.巴德、H.邦迪、T.戈
尔德、L.罗森菲尔德、A.C.B.洛弗尔、J.热厄尼奥
（中间一排前站着的两人）V.A.安巴尔楚米扬、E.沙兹曼
（前排坐着的）W.H.麦克雷、J.H.奥尔特、G.勒迈特、C.J.高特、W.泡利、W.L.布拉格、J.R.奥
本海默、C.穆勒、H.沙普利、O.赫克曼
图88 这是出席1958年索尔维会议的一张集体照。照片显示阿伦·桑德奇和沃尔特·巴德参加了
这次会议。他们修订的星系测量距离增加了大爆炸模型下的宇宙年龄。大爆炸模型和稳恒态模
型之间争论的主要角色都在照片里，包括霍伊尔、戈尔德、邦迪和勒迈特。
尽管学术争论非常激烈，但不影响两个阵营之间的个人友谊。例如，霍伊尔非常喜欢勒迈特，
形容他是一个“粗壮敦实的人，满嘴笑话，充满了笑声”。霍伊尔深情地回忆起在罗马的一次会
议后他们驱车游览意大利的情形：“整个行程只有乔治出了点状况，那是在午餐后。我中午总是
随便吃点，这样下午我可以继续开车，而乔治想来顿大餐，上瓶酒，这样他下午就可以在车上
睡觉了。我们达成一致，下午让乔治在车后座睡觉。但不幸的是，严重的头痛几乎让他合不上
眼。”
亚瑟·爱丁顿曾提出一种可能的核合成理论：“我认为恒星就是较轻
元素的原子复合成较重元素的坩埚。”然而，恒星的温度据估计在表面
只有几千度，在核心也只有几百万度。这个温度当然足以使氢慢慢变成
氦，但要将这些氦原子聚变成真正的重核，这个温度显然不够，这需要
数十亿度的温度才行。
例如，要形成氖原子，需要30亿度的温度，要产生更重的硅原子将
需要130亿度甚至更高的温度。这导致了另一个问题。即使存在创造氖
的环境，也未必就能热到产生硅。反之，如果环境温度高到足以产生
硅，那么所有的氖都将被转换成某种较重的元素。仿佛每一种元素的原
子都需要各自的量身定做的坩埚，宇宙将不得不组建种类繁多的致密环
境。可惜的是，即使这些坩埚存在的话，也没人能知道它们在哪里。
对解决这个问题做出主要贡献的当属霍伊尔。他不是将核合成看成
是大爆炸与稳恒态模型孰胜孰败的问题，而是这两个理论都需要关注的
共性问题。宇宙大爆炸模型在某种程度上需要解释宇宙开始时的基本粒
子是如何转变成不同丰度的较重的原子的。同样，稳恒态模型也需要解
释星系退行时不断生成的粒子是如何转换成较重的原子的。霍伊尔自打
成为初级研究员开始便一直惦记着核合成问题，但直到20世纪40年代末
他才迈出解决这个问题的试探性的第一步。当他猜测到恒星在其生命的
不同阶段所发生的事情时，这个问题开始取得进展。
中年恒星通常是稳定的，它通过将氢聚变成氦来产生热能，通过辐
射光能来耗散掉这些热量。同时，恒星的所有质量靠自身引力被拉向
内，这种向内的拉力靠星核的高温引起的巨大的向外压力来抵消。如在
