「大霹靂」一詞的由來 │ 科學史上的今天:3/28

2018/03/28 | |

【科學史上的今天】3/28——「大霹靂」一詞的由來

Photo Credit: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; and the HUDF09 Team Source

1949 年的今天,BBC 廣播電台的一個常態性的文化講座節目輪到英國天文學家霍伊爾(Fred Hoyle)主講,他要來談談宇宙起源的問題。

這本來不是問題,因為大家原本一直以為銀河系就是宇宙全部,而宇宙從古至今就是這副樣子,亙古不變;就連愛因斯坦也是如此以為,才會在他的方程式中加入宇宙常數,使得求出的解符合穩定的宇宙。直到 1929 年,這個天真的想法被天文學家哈伯的觀測粉碎了:他發現遠方的星系正在快速遠離我們。也就是說,宇宙正在膨脹,它一點兒也不穩定!

於是這就導致宇宙起源的問題:時間往回推,宇宙是什麼模樣?

加莫夫(George Gamow)相信所有物質在宇宙初期都擠壓在一個密度極高的熾熱火球,他率領學生在四○年代陸續發表論文,解釋原始物質如何經由核反應產生各種元素,並在 1948 年那篇論文中預測這團火球的輻射仍遍布於目前的宇宙。

霍伊爾這個人恰與幽默風趣的加莫夫相反,他戴著厚重的眼鏡,神情嚴肅,一板一眼。他喜歡穩定的架構,對於加莫夫的主張極為反感。但是宇宙膨脹的事實擺在眼前,四周的星系在古早以前若不是擠在一起,那它們會在哪裡?霍伊爾提出「穩態說」,認為隨著宇宙膨脹,新的物質會從擴張的空間中出現並凝聚成新的星系,因此宇宙的架構還是穩定不變的。憑空出現新的物質?這說法不會太離譜嗎?!霍伊爾來記回馬槍:假設宇宙所有物質都在很久以前的一次大爆炸中產生,這樣的理論就能解釋原始物質從何而來嗎?

是的,就是霍伊爾在這個廣播節目中用大爆炸(big bang)來描述加莫夫的理論,後來經由媒體不斷引用,最後這就成了正式的術語(我們又稍加美化,翻譯成「大霹靂」)。

霍伊爾如願取得勝利。在六○年代以前,他的穩態說一面倒地受到科學家的歡迎;宇宙無始無終,結構始終如一,這樣的理論多麼簡潔優雅,完全符合物理學家最尊崇的特性,就連哈伯都大表認同。而加莫夫的大霹靂理論本身也的確還有許多漏洞,於是就再也無人聞問了。

但這只是短暫的勝利,加莫夫預測的宇宙背景輻射於 1964 年被發現後,證實了宇宙的確誕生於大霹靂。霍伊爾一生還是都無法認同大霹靂理論,不過就像他無意間為之命名,他對於恆星內部如何形成新元素的研究後來也成為大霹靂理論的一部分。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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