关于宇宙模型的历史（大爆炸模型与其竞争对手）

这是现代宇宙学系列文章的第六篇
上周，我们讨论了大爆炸的第一个模型——比利时宇宙学家和牧师乔治·勒梅特（Georges Lemaître）的原始原子。1931年，勒梅特提出，宇宙始于一个主要由中子组成的巨大放射性原子的衰变。 虽然很奇怪，但他是第一个使用当时尖端物理学提出一切开始的模型。它也启发了二十年后真正的大爆炸模型。

有很多反对者。相信这样一个事件是一切的开始，以及它的所有宗教内涵，是一个许多人认为令人反感的想法。一个关于宇宙的科学理论怎么可能基于一个无视任何因果解释的事件？为什么我们要假设物理定律在一开始肯定成立的极端条件下是有效的？

保持宇宙稳定

著名天文学家亚瑟·爱丁顿（Arthur Eddington）是一位虔诚的贵格会教徒，他试图绕过创造问题，他提出“既然我无法避免引入这个开端的问题，在我看来，最令人满意的理论应该是使开始不会太不美观的突然理论。[斜体为原文。
爱丁顿认为，如果一开始，物质在小体积中以完美的均匀性分布，就不可能区分“无差别的相同性和虚无”。这个宇宙的进化会通过小瑕疵的生长而缓慢地进行。勒梅特的宇宙烟花是不需要的。
尽管如此，撇开过去某个时刻试图化解宇宙突然出现的尝试不谈，宇宙学的进化模型遇到了另一个更直接的问题。埃德温·哈勃在1929年发现了宇宙的膨胀，他测量宇宙比地球年轻。女儿怎么可能比万物的母亲大？
对宇宙的普遍哲学厌恶与哈勃的年龄测量相互冲突，导致三位年轻的英国物理学家提出了一个完全不同的宇宙模型。在所谓的宇宙学稳态模型中，宇宙总体上总是相同的，没有时间的开始或结束。这是一个存在的宇宙，在遥远的过去任何地方都没有突然的起源。导致英国三人提出稳态模型的动机植根于对创造事件和变革的厌恶。尽管该模型长期以来一直名誉扫地，但它短暂的生命为我们提供了物理宇宙学发展的一些重要指示。

只有三个氢原子

1948年，来自英国剑桥大学的托马斯·戈尔德（Thomas Gold）和赫尔曼·邦迪（Hermann Bondi）以及独立的弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）发表了论文，描述了没有任何创造事件的新宇宙学理论。尽管两篇论文中的一些细节大相径庭，但它们通常被视为阐述了稳态学派。
物理学家提出了爱因斯坦宇宙学原理的扩展，称为完美宇宙学原理，其中宇宙不仅在太空中的任何地方都是一样的，而且在时间上也是永远的。哈勃的测量并没有造成年龄问题，因为宇宙是无限古老的。为了使他们的模型可行，他们必须以某种方式适应观察到的星系衰退。
随着宇宙的膨胀，它变薄了——占据给定体积的物质越来越少。这种变薄意味着宇宙越老，密度就越低，这是任何进化宇宙学的标志。然而，在稳态模型中，宇宙不能变薄，因为这代表变化。为了解决这个问题，邦迪、戈尔德和霍伊尔提出，随着宇宙的膨胀和变薄，更多的物质被创造出来填补空白，使物质密度保持不变。这就是为什么这个模型被称为稳态：新创造的物质保持平衡完好无损。
打个比方可能会有所帮助。想象一下，你在浴缸里装满了水。现在拔掉插头，让水顺着下水道流。您可以通过跟随浴缸上的水线来测量水流下水道的速度。如果您打开水龙头，使排出的确切水量也倒回浴缸中，您将达到稳定状态。只要您的供水持续，浴缸中的水位就会保持不变。
您可能想知道额外的物质来自哪里。这种模式会不会违反能量守恒的神圣法则？英国三人组很清楚这个问题。他们敏锐地回答说，我们只能通过测量来推断能量是守恒的。由于每次测量的精度都有限，我们如何知道能量是否真正、精确地守恒？事实上，我们不能。我们只能说，为了达到仪器可用的最佳精度，给定物理系统中的总能量是守恒的。
当你把数字输入到必须自发产生多少物质才能保持宇宙处于稳定状态时，你会得出每百万年每立方米大约三个氢原子的荒谬小速率。没有人能够在这个水平上衡量违反节能的行为。此外，三人会问，物质的连续创造在概念上是否比宇宙的突然创造更糟糕？
大约在英国提出稳态模型的同时，才华横溢的俄裔美国物理学家乔治·伽莫夫（George Gamow）正在考虑如果婴儿期的宇宙真的被压缩成一个小体积会发生什么。他正确地推断，当你挤压物质时，温度和压力会增加，而将物质保持在一起的纽带最终会断裂。在这种情况下，在早期，填满空间的东西就像原始的粒子汤。很快，伽莫夫将招募两名研究生来详细计算这对早期宇宙的历史意味着什么。结果成为我们现在所说的宇宙学大爆炸模型，勒梅特的直接继承人。
霍伊尔和他的剑桥同事直言不讳地反对这种模式。存在宇宙（稳态）和成为宇宙（大爆炸）之间的战斗已经认真开始，直到1960年代中期才结束。正如在科学中应该的那样，数据是最后的决定权。
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