第3章 创世及其缺陷

的。他们在证明中使用的主要假设包括：爱因斯坦的广义相对论是有效的，且物质在宇宙的任何地方都有正的能量密度和压力。（更确切地说，负压力不应该变得过大以至于使得引力互相排斥。）因此，只要我们停留在广义相对论的框架内，不假设奇异的斥引力物质，奇点问题就会持续困扰着我们，而初始条件的问题仍然没有得到解决。

1948年，在剑桥大学工作的英国天体物理学家弗雷德·霍伊尔与两名奥地利难民——赫尔曼·邦迪（Hermann Bondi）和托马斯·戈尔德（Thomas Gold）共同提出了稳恒态学说，这是回避宇宙起源问题的最着名的尝试。他们大胆地断言，宇宙的总体面貌始终没有改变，因此它在任何时间任何地点看起来几乎是一样的。这种观点似乎与宇宙膨胀有着明显的矛盾：如果星系之间的距离增加了，宇宙怎么能保持不变呢？为了补偿膨胀带来的影响，霍伊尔和他的朋友们假定物质可以从真空中不断产生。这种物质填充了远去的星系所留下的空隙，这样新的星系就可以在它们原来的位置上生成。剑桥的物理学家们承认，他们没有证据证明物质是自发生成的，但是由于他们的理论只需要非常低的生成速率，大概每世纪在每立方千米内形成几个原子就够了，因此也没有证据证明这样的凭空产生是不存在的。他们还辩解说，在他们看来，真空中凭空产生物质并不比宇宙在一场大爆炸中同时创造所有物质更令人反感。事实上，“大爆炸”这个术语就是霍伊尔在BBC（英国广播公司）一档广播谈话节目中嘲笑对手的这种理论时创造的。

然而，没过多久，稳恒态学说就遇到了严重的问题。我们观测到的最遥远的星系是它们上百亿年前的样子，因为它们的光到达我们所在的地方需要时间。如果稳恒态理论是正确的，即那时的宇宙和现在的宇宙是一样的，那么这些遥远的星系看起来应该和我们现在看到的邻近星系差不多。然而，随着数据的增加，我们越来越清楚地看到，遥远的星系实际上是完全不同的，并且有明显的迹象证明它们尚处于年轻阶段。它们体积较小，形状不规则，并且含有非常明亮但是寿命很短的恒星。它们中的许多都是强大的射电辐射源，而这种特征在离我们较近的年龄更老的星系中要少见得多。稳恒态学说似乎没有办法来解释这些观测结果。

就像夏洛克·福尔摩斯常说的那样，“当你排除了所有不可能的情况，剩下的，无论多么不可思议，都一定是真相”。稳恒态学说的前景变得越来越暗淡，而且由于看不到其他可行的选择，人们的态度开始转变。物理学家们逐渐接受了宇宙从一场大爆炸开始演化的图景。

请参见E. A. Tropp, V. Y. Frenkel and A. D. Chernin, Aleksandr Aleksandrovich Fridman (Nauka, Moscow, 1988, p.133)。

弗里德曼没有考虑平直宇宙的情况，爱因斯坦和德西特在1932年对此进行了研究。

宇宙几何结构和其命运之间的这种简单关系只在真空能量密度（又称宇宙学常数）为零时成立。更多相关内容详见第18章。

一个值得注意的例外是爱因斯坦对弗里德曼的工作的反应。起初，爱因斯坦认为弗里德曼犯了一个错误，并向学术期刊投稿了一篇简短的随笔，指出他认为这是一个错误。然而，不到一年之后，在与弗里德曼的朋友尤里·克鲁特科夫（Yuri Krutkov）交谈后，他不得不收回了自己的批评。克鲁特科夫称他赢得了与爱因斯坦的辩论，“彼得格勒的荣誉得救了！”但是，尽管爱因斯坦承认弗里德曼的数学推演是正确的，他仍然相信宇宙是静态的，并认为弗里德曼的工作只是纯形式上的推演。在他就此事投稿的第二篇随笔中，他写道，他“确信弗里德曼先生的研究结果是清晰且正确的”。他最初的草稿中还加了一句评论，称弗里德曼的研究几乎不可能有任何物理意义，但后来又删掉了这句话，这或许是因为他意识到这句评语更多来自他的哲学偏见，而不是任何已知的事实。

1927年，乔治·勒梅特也独立地重新提出了膨胀宇宙的模型。与弗里德曼一样，勒梅特的论文在哈勃的发现被公开前也完全无人问津。

在亥姆霍兹的时代，人们还不清楚恒星为什么会发光，但现在我们知道，恒星通过将氢转化为氦然后再转化为较重的原子核来获取能量。这是一个不可逆的过程，熵逐渐增加，氢也逐渐被耗尽。一些恒星悄无声息地熄灭了，然后逐渐冷却下来，而另一些恒星则在生命末期爆炸了，将它们的组分气体抛入星际空间，只留下了一个致密的遗迹（中子星或黑洞）。被抛出的气体物质可以成为新的恒星的原料，但是随着越来越多的物质变成冰冷的恒星遗迹，形成恒星的原料的供应迟早会被耗尽。在万亿年后，这些星系可能会变得比现在暗淡许多。逐渐变暗的过程可能相当漫长，但有一点是毫无疑问的：我们所知的宇宙不可能永远存在。

玻尔兹曼建立了熵与混乱度之间的联系，并阐明了热力学第二定律的意义。

玻尔兹曼关于涨落的想法也许是后来被称为人择原理的思想（见第13章）的第一个例子。

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