稳恒态宇宙学说

对于伽莫夫等人提出的大爆炸理论，三位剑桥天文学家霍伊尔、邦迪（Hermann Bondi，1919－2005）和戈尔德（Thomas Gold，1920－2004）不以为然，他们反驳说，既然宇宙各项同性、处处均匀，宇宙中所有的空间位置都是等价的，那么根据相对论的时空统一性，所有的时刻也应该是等价的。也就是说，宇宙间物质的大尺度分布，不仅在空间上是均匀且各项同性的，在时间上也应该是保持不变的。在任何时代、任何位置上观测者观测到的宇宙图景在大尺度上都应该是一样的。他们将这个原理称为“完美宇宙学原理”。根据这一原理，他们在1948年提出了一个稳恒态宇宙模型。

根据稳恒态理论，宇宙从未有过开始，也没有结束，无所谓过去，也无所谓将来。宇宙处于连续的创造过程之中，并且在大尺度上，包括任何时候和任何地方，都是一样的。稳恒态理论考虑了哈勃的星系退行，认为宇宙在膨胀时，星系在各个方向上简单地飞离，就像烤蛋糕时蛋糕上的葡萄干随着蛋糕膨胀而相互远离。这时物质的总体密度减少，但不会低于一个临界密度，当物质密度接近于这个临界密度时，为了填补星系退行后留下的虚空并保持宇宙总的外观，物质就会在星系际空间创生。物质的创生率为1太阳质量/百万立方秒差距/年，或者1氢原子/立方米/10亿年，以这个速度创生出来的氢恰好用来形成新的星系或星系团。

每个新的星系团随着宇宙的膨胀而逐渐衰老，以至于死亡，而后又有新的星系团形成。新星系形成，老星系死亡，但宇宙的总密度始终保持不变，并且在某一瞬间总是存在着各种不同年龄的星系。因此，不论任何时候观测到的宇宙都是一样的。

1956年霍伊尔在发表在《科学美国人》的一篇文章中还指出，宇宙中的氢总是不可逆转地转化为更复杂的元素，而反向的逆转变从来没有被观测到。这说明氢不可能是更古以来就存在的，它应该在一定的时间以前产生出来。氢在恒星或星系中形成无需大爆炸，因为大爆炸之后物质四处飞散就不可能聚集为恒星或星系了。所以在霍伊尔看来，简单的解决办法是，氢在过去整个无限的时间内一直不断地被创造出来，并且现在也同样在被创造着。

图11.5　霍伊尔像

稳恒态学说虽然也能解释不少宇宙学效应，譬如由于承认宇宙膨胀，可以解释哈勃效应；又由于承认宇宙膨胀，可以克服奥伯斯佯谬。但该理论本身还存在着一些严重缺陷。首先，由于稳恒态理论宣称物质可以无中生有地被创造出来，否定了物质和能量守恒定律，因此很难被大多数学者接受。其次，稳恒态模型自身也存在着一定的不确定性。宇宙到底在什么尺度上表现为稳恒态呢？显然不是太阳系的尺度，也不是银河系尺度，甚至不是星系团的尺度。提出稳恒态模型的主要人物从来没有就此问题做出过明确的说明。最后最关键的一点是，稳恒态模型无法解释1965年被证实的宇宙微波背景辐射。宇宙微波背景辐射是大爆炸宇宙学说的预言结果，因此成了大爆炸学说战胜稳恒态学说的关键证据。此后对极大多数人来说，稳恒态宇宙学说成为了一种历史。

稳恒态宇宙学说作为一种可被高度证伪的理论，应该说已经实现了他的历史价值。但正常的学术生态是，理论持有者永远不要轻易放弃自己的理论。霍伊尔和他的学生纳里卡在1980年完成的《物理天文学前沿》一书中用一个附录介绍了稳恒态宇宙模型，其中对在稳恒态模型中如何解释宇宙微波背景辐射提出了一种可能的机制。他们指出：“所观测到的背景辐射是由频率范围大致在109 Hz到3×1011 Hz之间的一些射电波组成的。已经知道有许多射电源会产生这样的射电波。所以，为什么这些源——也就是像射电星系和类星体那样的离散分布天体——就不应该是造成背景辐射的原因呢？”两位作者承认现已知道的射电源不能给出足够的强度，他们想到的一种补救办法是假定存在着许许多多未探测到的弱射电源，其数目大约为1014个。这一假设显然也会受到大多数天文学家的反对。但是他们辩解说：“不要以为世界上除了用今天的仪器所正好能观测到的那些事物外，就再也不存在任何其他东西了。”当然，天文学史多次证明这种看法是错误的。所以，在有关存在着大量的弱射电源从而就能够拯救稳恒态模型的问题上，现在还难以定论。因此，他们认为“从严密的数学解算结果的意义上来检验的话，稳恒态模型至今还没有完全被推翻”。^[18]

或许，正如《物理天文学前沿》一书中所写的：“宇宙学家的处境可以比作是晚间有一个人在灯光暗淡的街上寻找一枚丢失了的硬币，他唯一可以很好搜索的场所就是少数几盏路灯下面的地方。”（510—511页）面对宇宙，我们确实只能从我们已经掌握的规律出发去理解它。其实更重要的不是理解到了什么程度，而是这个不断进步的理解过程。稳衡态理论也好，大爆炸理论也好，最后都会消失在这个过程中，并成为前进道路上的一块块基石。

【注释】

[1]其他天文学派对劫波的分割方案略有不同，但本质上差别不大。

[2]在印度，劫波的起点还有很强烈的天文学含义。早期的印度古代天文学体系要求在一个劫波的开始或末尾处，日、月、五星以及它们的轨道与黄道的升交点等都聚于白羊宫0°。晚一些的体系简化到只要求七大天体在一个大时的开始或末尾处有一个近似的聚合。但无论早期的严格体系还是晚出的简化体系，都要求七大天体在争斗时之初（公元前3102年2月17日和18日之交的夜半）聚于或近似聚于白羊宫0°。

[3]参见《宗教词典》（任继愈主编，上海辞书出版社，1981），484页“劫”条。

[4]全名《大佛顶如来密因修证了义诸菩萨万行首楞严经》，唐般刺蜜帝译。

[5]下文“世界”一词便在佛教“器世界”这一含义上使用。

[6]《起世经》（No.24）卷九“最胜品”也有类似记载。

[7]佛经叙事时，常用“时”、“尔时”、“一时”、“是时”等时间状语起句，但具体指什么时间并不确定。此处既然说到地上长出“地味”，应该是在天地形成之后了。但“众生”在天地形成之前就已存在。《起世经》（No.24）卷九“最胜品”中此处对应的段落写明为“三摩耶时，此大地上出生地肥”。《大智度论》（No.1509）“摩诃般若波罗蜜初品如是我闻一时释论第二”云：“问曰：天竺说时名有二种，一名迦罗，二名三摩耶。佛何以不言迦罗而言三摩耶？答曰：若言迦罗，俱亦有疑。”这里迦罗是指譬如“几点钟吃饭”这样的实时，三摩耶是假时或虚时，不指具体的时刻。

[8]洛叉，也作洛沙，梵文为Laks·a，相当于10万。汉译佛经有时译洛叉为亿，然作10万解。

[9]即认为π值等于3，汉译佛经中在许多场合下取π值等于3。中国古代算书《周髀算经》也取同样的π值。

[10]《阿毗达磨俱舍论》，《阿毗达磨俱舍释论》，《阿毗达磨顺正理论》，《阿毗达磨藏显宗论》，《立世阿毗昙论》等。

[11]俱卢舍是比由旬小一级的长度单位，有一由旬等于4俱卢舍和8俱卢舍两说。

[12]一腊缚等于一昼夜的九百分之一。

[13]江晓原、谢筠：《周髀算经》译注，辽宁教育出版社，1996年。

[14]［德］伊曼努尔·康德著，全增嘏译，《宇宙发展史概论》，上海世纪出版集团、上海译文出版社，2001年8月第一版。

[15]［法］皮埃尔·西蒙·拉普拉斯著，李珩译，《宇宙体系论》，上海世纪出版集团、上海译文出版社，2001年8月第一版。

[16]从恒星星光中可以辨认出一些已知元素譬如氢、氦等元素的光谱线，跟这些元素的特征波长相比，这些谱线显示向红端移动，这就是红移。红移意味着这些天体正在飞离观测者。红移量越大，天体退行的速度也越大。

[17]黑体是德国物理学家基尔霍夫在研究热辐射时构想的一种理想辐射体。1861年基尔霍夫设计出了产生理想黑体辐射的条件：在一定温度下用不透光的壁包围起来的空腔中的热辐射等同于黑体的热辐射。严格意义上的黑体是不存在的，但是很多辐射体的辐射接近于黑体辐射。

[18]［英］F·霍伊尔、［印］J·纳里卡著，何香涛、赵君亮译，《物理天文学前沿》，湖南科学技术出版社，2005年2月，第516页。