他否定「Big Bang」,卻成就了它

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美國太空總署的圖片展示宇宙形成的過程,從大爆炸開始。 圖片來源:NASA
美國太空總署的圖片展示宇宙形成的過程,從大爆炸開始。 圖片來源:NASA

1949 年 3 月 28 日,Big Bang(大爆炸)這家傳戶曉的天文學術語誕生了。然而,它卻不是來自宇宙大爆炸理論的支持者,反而是一位全力反對它的天文學家:霍伊爾(Fred Hoyle)。

一直以來,大家都以為宇宙是一成不變,所觀察到的銀河系就是宇宙的全部。1917 年,愛因斯坦正在苦思他的方程式與當時的「靜態宇宙觀」出現衝突,其方程式說明宇宙只能膨脹或者收縮,思前想後,他決定引進了「宇宙常數」,從而維持宇宙可保持靜態的結論。直至 1929 年,美國天文學家 E. Hubble 觀察到遙遠的星群竟一直在遠離我們,且愈遠便愈快,這時才發現,宇宙原來一直在膨脹,愛因斯坦於是放棄了他提出的宇宙常數。

問題來了,假如宇宙在膨脹,那麼時間愈前,宇宙便愈小;而在時間的原點,宇宙不就是無限小嗎?在 1940 年代,俄裔物理學家伽莫夫(George Gamow)相信宇宙最初是一團高溫高密度的原始物質,隨著宇宙膨脹而溫度下降,並預言了後來得以證實的宇宙微波背景輻射(cosmic microwave background radiation)。伽莫夫除了是物理學家和天文學家,還是一名出色的科普作家,擅長以生動、風趣的語言來介紹深奧的物理學概念。

Big Bang
1949 年 3 月 28 日的一個 BBC 電台節目上,霍伊爾以「Big Bang」來形象地指稱伽莫夫的理論。 圖片來源:BBC

霍伊爾則是提出「穩態理論」(Steady State Theory)的著名天文學者,雖然宇宙膨脹事實就在眼前,但他不認同宇宙之初是一團擠在一起的物質。 他認為新物質會隨著宇宙擴張而出現,在符合廣義相對論與宇宙膨脹下,宇宙仍然保持穩定,且沒有開始和終結。

相對於新物質可憑空誕生,霍伊爾認為伽莫夫一派的爆炸原點理論更荒謬,就在 1949 年 3 月 28 日的一個 BBC 電台節目上,霍伊爾以「Big Bang」來形象地指稱伽莫夫的理論,從此 Big Bang 逐漸在媒體大行其道,最終成為正式術語。

簡潔的穩態理論在 1950 年代流行於科學界。直至 1964 年,宇宙微波背景輻射得以證實,佐證大爆炸理論,例如在最高輻射會隨著宇宙膨脹而冷卻到微波範圍,主流物理學界開始廣泛接受大爆炸理論。

然而,成就了 Big Bang 的霍伊爾,一生也未認同大爆炸理論,在晚年仍著力研究新元素與新物質如何形成。2000 年,他與天文物理學家 Geoffrey Burbidge 及 Jayant Narlikar 出版了「一個不同的天文學詮釋」(A Different Approach to Cosmology),努力不懈反駁大爆炸理論。可惜翌年霍伊爾便與世長辭,享年 86 歲。真理愈辯愈明,他對「真理」的固執與 Big Bang 之名將長留科學界。