宇宙大爆炸是如何得名的？这是真实的故事

自然散文文章 文章 2024年3月25日 宇宙大爆炸是如何得名的？这是真实的故事 天文学家弗雷德·霍伊尔据说创造了这个朗朗上口的术语来嘲笑宇宙起源理论——75年过去了，是时候澄清事实了。 作者:胡庆炉·克拉

英国天文学家弗雷德·霍伊尔在BBC第三套节目的一次广播讲话中创造了“大爆炸”一词。鸣谢:英国广播公司

英国物理学家和天文学家弗雷德·霍伊尔在1995年接受采访时说:“单词就像鱼叉。”“一旦它们进去了，就很难拔出来。”当时80岁的霍伊尔指的是他在1949年3月28日创造的用来描述宇宙起源的术语“大爆炸”。今天，它是一个家喻户晓的短语，被那些不知道大约140亿年前宇宙是如何诞生的人所熟知和经常使用。具有讽刺意味的是，霍伊尔非常不喜欢大爆炸的想法，直到2001年去世前，他一直是主流大爆炸宇宙论的坚定批评者。 关于这个流行术语的起源和影响，仍存在几个误解。一个是霍伊尔引入这个昵称是为了嘲笑还是诋毁认为宇宙有一个暴力开端的宇宙学家小团体——这一假设在当时看来是不合理的。另一个原因是，这个群体急切地接受了“大爆炸”，然后它转移到了其他科学和日常语言中。事实上，几十年来，科学家们忽略了这个朗朗上口的短语，即使它在更流行的上下文中传播。 第一个大爆炸类型的宇宙学理论可以追溯到1931年，当时比利时物理学家和天主教神父乔治·勒梅特提出了一个模型，该模型基于他所谓的“原始原子”在过去固定时间的放射性爆炸。他认为这个原始物体具有很高的放射性，密度很大，包含了整个宇宙的所有物质、空间和能量。他推断，从放射性衰变引起的最初爆炸中，恒星和星系最终会形成。勒梅特将他的模型比喻为宇宙的“烟花理论”，烟花由最初爆炸的衰变产物组成。 然而，随着美苏核物理学家乔治·盖莫夫及其美国同事拉尔夫·阿尔弗和罗伯特·赫曼发表了一系列论文，现代意义上的大爆炸宇宙学——即宇宙是在一瞬间的能量中产生的，此后一直在膨胀和冷却——才在20世纪40年代末起步。伽莫夫假设，早期宇宙一定是如此炎热和稠密，以至于它充满了辐射和核粒子的原始汤，即中子和质子。在这种条件下，随着温度的降低，这些粒子会逐渐聚集在一起形成原子核。在1948年的一篇有影响力的论文中，伽莫夫和他的合作者通过追踪这个炽热的年轻宇宙中可能发生的热核过程，试图计算出目前化学元素的丰度。相互矛盾的想法 同年，霍伊尔和奥地利出生的宇宙学家赫尔曼·邦迪和托马斯·戈尔德宣布了一幅完全不同的宇宙图景。他们的稳态理论假设，在大尺度上，宇宙看起来一直都是一样的，并且会永远如此。根据伽莫夫的说法，在稳态宇宙学中，“早期宇宙”和“旧宇宙”的概念毫无意义，稳态宇宙学假设宇宙没有起点和终点。 在接下来的二十年里，这两个不兼容的系统之间展开了一场史诗般的争论。它经常被描绘成大爆炸理论和稳态理论之间的斗争，甚至被个性化为伽莫夫和霍伊尔之间的战斗。但这是一种曲解。

美苏核物理学家乔治·盖莫夫是大爆炸宇宙学的早期支持者。鸣谢:贝特曼/盖蒂 两党以及当时大多数其他物理学家都承认宇宙正在膨胀——正如美国天文学家埃德温·哈勃在20世纪20年代末通过观察大多数星系正在远离我们的星系所证明的那样。但是今天我们非常熟悉的宇宙起源于某个时间点的观点被广泛认为是不合理的。毕竟，既然时间是伴随着爆炸而产生的，那么如何解释最初爆炸的原因呢？事实上，伽莫夫的早期宇宙理论在这场争论中几乎没有发挥任何作用。 相反，当时一个更大的问题是宇宙是否在按照德国物理学家阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论演化。广义相对论预测宇宙不是在膨胀就是在收缩，而不是稳定的。尽管爱因斯坦的理论不需要大爆炸，但它确实暗示了过去的宇宙看起来与现在不同。不断膨胀的宇宙不一定意味着时间的开始。勒梅特在1927年提出，膨胀的宇宙可能是由一个较小的前身爆炸而成的。一个恰当但天真的短语 1949年3月28日，著名的科学普及者霍伊尔在英国广播公司第三套节目中发表了一次广播讲话，对比了这两种宇宙观。他提到了“宇宙中所有物质都是在遥远的过去某个特定时间的一次大爆炸中产生的假设”。这个讲座确实是宇宙术语“大爆炸”的起源。英国广播公司的《听众》杂志全文转载了这次谈话的文字记录，霍伊尔在他1950年出版的《宇宙的本质》一书中提到了这一点，该书是根据他同年早些时候在英国广播公司的一系列广播节目编写的。 尽管霍伊尔坚决否定了宇宙突然起源的观点，认为这在科学和哲学上都是不可接受的，但他后来表示，他并没有像人们经常说的那样，用嘲笑或嘲弄的术语来表达这一观点。少数支持爆炸宇宙的宇宙学家，如勒梅特和伽莫夫，没有一个对这个术语感到不满。霍伊尔后来解释说，他需要在广播中使用视觉隐喻来向公众传达技术要点，随意创造的“大爆炸”就是其中之一。他并没有贬损的意思，也没有任何重要的意思。 就宇宙学而言，霍伊尔的“大爆炸”是一个新术语，但它不是在一般情况下出现的。“爆炸”这个词通常指的是普通的爆炸，比如火药爆炸，而大爆炸可能只是指非常大而嘈杂的爆炸，类似于勒梅特的烟花。事实上，在1949年3月之前，气象学家和地球物理学家的科学文献中就有在出版物中使用该术语的例子。虽然他们指的是真正的爆炸，但霍伊尔的大爆炸纯粹是隐喻性的，因为他并不认为宇宙起源于爆炸。 大爆炸不是什么大事 在接下来的二十年里，霍伊尔创造的这个朗朗上口的术语基本上被物理学家和天文学家忽略了。勒梅特从未使用过“大爆炸”，伽莫夫在他关于宇宙学的众多出版物中只使用过一次。人们可能会认为至少霍伊尔认真对待了它并推广了他的新词，但他直到1965年才在沉寂了16年后重返该领域。直到1957年，“大爆炸”才出现在研究出版物中，即美国核物理学家威廉·富勒在《科学月刊》上发表的一篇关于恒星元素形成的论文中。他是霍伊尔的亲密合作者，也是未来的诺贝尔奖得主。 在1965年之前，宇宙学大爆炸似乎只被提及过几十次，主要是在科普文学作品中。我统计了34个提到这个名字的来源，其中23个是大众性或一般性的，7个是科学论文，4个是哲学研究。作者包括16名美国人、7名英国人、1名德国人和1名澳大利亚人。没有一篇科学论文出现在天文学期刊上。 美国哲学家诺伍德·罗素·汉森（Norwood Russell Hanson）就是使用这个术语来描述宇宙起源的人之一。他在1963年自创了一个词，用来形容他所谓的宇宙爆炸的“迪士尼式图景”。他称他们为“大人物”，这个词在流行文学中仍然可以找到——在流行文学中，最终的大人物有时被视为上帝。 一个流行的误称 现代宇宙学史上的一个分水岭时刻很快就到来了。1965年，美国物理学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊关于宇宙微波背景（来自天空各处的微弱无线电波浴）发现的报告被认为是热宇宙过去辐射的化石残留物。《纽约时报》在1965年5月21日宣称，“信号暗示着一个'大爆炸’宇宙”。正如伽莫夫和勒梅特所说，宇宙确实有一个婴儿阶段。宇宙学之战实际上已经结束，稳态理论成为输家，大爆炸理论成为宇宙学研究的典范。然而，有一段时间，物理学家和天文学家对接受霍伊尔的术语犹豫不决。

美国物理学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊的工作证实了大爆炸理论。鸣谢:贝特曼/盖蒂直到1966年3月，这个名字才出现在《自然》杂志的一篇研究文章中。科学网数据库仅列出了1965年至1969年期间11篇标题中有名字的科学论文，随后是1970年至1974年的30篇论文和1975年至1979年的42篇论文。20世纪70年代早期出版的宇宙学教科书在命名方面没有表现出统一性。一些作者提到了“大爆炸”一词，一些作者只是顺便提到了它，还有一些作者则完全回避了它。他们更喜欢谈论“标准模型”或“热宇宙理论”，而不是不体面且公认具有误导性的大爆炸隐喻。 尽管如此，到了20世纪80年代，这种误称已经在文学作品和日常用语中根深蒂固。除了英语之外，许多语言都采用了这个短语，包括法语（theorie du Big Bang）、意大利语（teoria del Big Bang）和瑞典语（Big Bang teorin）。德国人构建了他们自己的版本，即Urknall，意思是“原始的爆炸”，这个词与荷兰语oerknal很接近。后来，人们试图用其他更合适的名字来取代霍伊尔的名字，但都以惨败告终。 隐喻的多面性 到20世纪90年代，“大爆炸”已经转移到商业、政治和艺术用途上。在20世纪50年代和60年代，这个词经常暗指核战争的危险，就像英国剧作家约翰·奥斯本在1956年首次上演的戏剧《愤怒的回顾》中所做的那样。早在霍伊尔创造这个术语之前的1948年，就可以发现核武器和宇宙爆炸起源之间的联系。随着“大爆炸”越来越受欢迎，它开始被用来表达一个强有力的开端或几乎任何类型的彻底变革——例如1927年的布里斯托尔会议系列录音，被称为现代乡村音乐的“大爆炸”。 在英国，该术语被广泛用于1986年伦敦证券交易所的一次重大变革。当年10月26日，《星期日快报》杂志写道:“明天大爆炸后，这座城市将不再是原来的样子。”这种用法传到了美国。1987年，语言学期刊《美国语言》将“大爆炸”列入新词名单，并将“大爆炸”定义为“与伦敦证券交易所大爆炸有关的人”。 如今，在网上搜索“生活大爆炸”（Big Bang theory）时，你首先看到的不是宇宙学，而是一部受欢迎的美国情景喜剧。75年过去了，霍伊尔随意创造的这个名字确实已经变成了一个类似鱼叉的词:一旦进入就很难拔出来。 《自然》杂志2024年第627期726-728页 https://doi.org/10.1038/d41586-024-00894-z 参考 1.伽莫夫《自然》162卷680-682页（1948年）。 文章 PubMed 谷歌学术 2.福勒，华盛顿科学。星期一84, 84–100 (1957). 谷歌学术 3.《自然杂志》第209期，1278-1279页（1966年）。 文章 谷歌学术