本期为从哈勃到哈勃深空场第四篇，上一篇为：《从哈勃到哈勃深空场（三）—爱因斯坦一生中最大的Bug》

是该给勒梅特平反了

1933年1月，勒梅特、爱因斯坦、哈勃参加了在加州举行的一系列研讨会。在勒梅特详细阐述了他的“大爆炸”（当时还不叫大爆炸）理论之后，爱因斯坦欢快地鼓起掌来：“这是我所听过的最美丽、最令人满意的世界起源说明。”

就在几年前，爱因斯坦还对勒梅特说你的数学证明没问题，但是你的物理直觉太差了，宇宙怎么会膨胀呢？最终，爱因斯坦秉持科学精神和素养，坦然认错

宇宙膨胀之说石破天惊，为了使自己的理论得到更广泛的阅读，勒梅特把文章发给了英国天体物理学家亚瑟·爱丁顿，爱丁顿将其翻译成英文，并发表在《皇家天文学会月刊》上。当更多人看到这篇论文后，人们提出了更多问题：如果宇宙一直在膨胀，那膨胀是什么时候、如何开始的呢？这是否意味着宇宙起源于时间和空间中某个特定的点？

勒梅特的论文尽管简短却讨论了一个只有“上帝”才有资格思考的科学问题：宇宙是怎么来的。这篇论文就像上帝寄来的书信一样在科学界引起了巨大的争论

这是一篇发表于1931年在《自然》杂志上的论文，署名正式勒梅特，他在深入探索和分析后大胆猜想：我们所知道的世界是以一个原始“量子”作为起源开始的。时间和空间的概念在这个世界开始之前没有任何意义，只有在这个原始量子被分成足够多份后，时间和空间才开始有合理的意义。如果这个想法是正确的，那么宇宙中的所有一切，都是由这个原始量子的爆炸和持续膨胀形成的。

论文中，勒梅特写道：在数十亿年前，整个宇宙是一个密度无限大，温度无限高的点（“量子”），然后空间在这个原始“火球”中诞生了，空间诞生的同时，时间也诞生了，火球开始急速膨胀，物质慢慢出现……

在今天，大爆炸理论经历几代天文学家的发展已经十分成熟，在当时，这可是个很“滑稽”“可笑”的想法。理论提出之际宇宙大爆炸并不为人所熟知，即便熟知了，更不为人所接受。1949年英国天文学家霍伊尔在BBC的一次广播节目中嘲笑勒梅特的理论，不就是“big bang”（大爆炸）吗，哪知这个本来带有贬低、嘲讽甚至侮辱意味的“big bang”竟然不胫而走，成了宣传勒梅特理论最有力的武器，宇宙起源于一次大爆炸迅速广为人知。

霍伊尔（上图）同汤米·戈尔德和赫尔曼·邦迪一起创立了稳恒态宇宙模型，在当时稳恒态宇宙模型同宇宙大爆炸模型相对立。然而到了1960年代，越来越多的证据指向大爆炸宇宙模型，宇宙大爆炸渐渐为人接受。尽管如此霍伊尔一直坚持自己的稳恒态宇宙模型。

“big bang”这样一个通俗而有形象的标签使得宇宙大爆炸这样一个抽象的难以置信的理论学说在普通公众中的知晓率迅速提升。“big bang”也把勒梅特及其理论推到了舆论的风口浪尖。有人支持，有人反对。毕竟这个时候所有关于宇宙膨胀起源的结论都来自推想，没有确凿的理论计算证明，也没有实验观测，你怎么说都行。反对者诸如前面提到的霍伊尔。而支持者中有一位重量级的物理学家，他就是伽莫夫。上期（从哈勃到哈勃深空场（三）—爱因斯坦一生中最大的Bug）我们对伽莫夫已经有了一点了解，他是一个天子骄子。

天之骄子

伽莫夫1904年3月4日生于俄国敖德萨，在他的身上，你能看到上世纪几乎所有的科学光环：1928年24岁的伽莫夫就获列宁格勒大学博士学位，此间师从苏联著名的数学家弗里德曼，后者在列宁格勒大学讲授《相对论的数学基础》，从理论上研究并指出了爱因斯坦广义相对论方程中宇宙学常数的错误（这里的故事我们往期节目已经详尽介绍过了，请点击从哈勃到哈勃深空场（三）—爱因斯坦一生中最大的Bug和从哈勃到哈勃深空场（二）—膨胀在气球上的宇宙）。伽莫夫就读列宁格勒大学期间与朗道是同窗好友，他们俩和弗里德曼一起被称为列宁格勒大学物理系的三剑客（是真是假就不好说了，毕竟伽莫夫吹牛的本事和他写书的本事都是一流的）。

博士毕业后的伽莫夫随后去了西欧，在丹麦哥本哈根大学理论物理研究所（波尔掌教之地，量子力学的发源地，哥本哈根学派的起源地）及英国剑桥大学卡文迪什实验室（麦克斯韦，汤姆逊，卢瑟福掌教的地方，诺贝尔奖获得者的孵化器），师从著名物理学家玻尔和卢瑟福，以及列宁格勒大学、巴黎居里研究所、密执安大学、华盛顿大学、加利福尼亚大学伯克利分校、科罗拉多大学从事研究和教学工作。 1931年27岁的伽莫夫任列宁格勒大学教授。

当时，自命为“坚持唯物主义”的李森科学派正称霸苏联科学界（实质上是科学与政治斗争、政治权威取代科学权威裁决科学争论的可悲反动科学流派），在苏联不仅与李森科持不同看法的著名遗传学家瓦维洛夫神秘地失踪，就连物理学界也受到巨大的冲击：凡是支持爱因斯坦的相对论和海森伯的测不准原理（即不确定性原理）的人，都一律被视为反动。在这种恶劣的环境下，伽莫夫觉得祖国已无发展前途，而且随时有生命危险。1933年，在玻尔和法国著名物理学家朗之万的促请下，伽莫夫通过布哈林和莫洛托夫的关系，终于获准带着新婚妻子出席在比利时举行的一次国际会议。会后，他在巴黎的居里研究所、剑桥的卡文迪什实验室和哥本哈根的玻尔研究所逗留了两个月，接着又到美国的密歇根大学讲学。同年秋天，伽莫夫被美国的乔治·华盛顿大学聘为教授。他在该校主办每年一度的华盛顿理论物理会议，吸引了美国和欧洲很多优秀的物理学家，并导致许多重大成果，例如恒星能源的碳氮循环和质子-质子循环、原子核裂变的机制等。

上帝又在开玩笑了

1948 年的愚人节，《物理评论》（The Physical Review）上的读者来信栏目出现了一篇文章，题为“The Origin of Chemical Elements”（化学元素的起源）,署名阿尔弗、贝特和伽莫夫，谐音 α、β、γ。

这个发表时间，这样的署名方式，怎么看都像个恶作剧。但这篇文章的内容可是认真的。经过了6年的研究，伽莫夫在理论上正式提出宇宙的起源—一次大爆炸。这次爆炸中中子、质子、电子、光子以及中微子，以一定比例产生了氢、氦等元素，氢氦引发的核聚变产生了更多的元素所形成的，至今这篇文章已经被引用上千次。

在二十世纪四十年代，物理学家已经发现在恒星的中心发生着核聚变，使氢转变成氦。但是，这一过程过于缓慢，不足以解释为什么宇宙中存在大量的氦元素，也无法解释其他更重的元素是怎样产生的。

年轻乔治·伽莫夫试图解释太阳内部核聚变的原理，揭开早期宇宙的奥秘。他当时在乔治·华盛顿大学任教，同时也许还在忙着写一本名叫《从一到无穷大》的书。此时，美国最为出色的核物理学家大多被招募参加了曼哈顿计划，可能是由于出身（苏联逃到美国）问题，伽莫夫并没有参与到其中，因此伽莫夫的研究基本是孤军奋战。

Ralph A Alpher

伽莫夫计算了宇宙中物质的密度，又将宇宙膨胀的过程进行倒推。随后，他尝试计算早期宇宙中核反应发生的概率，然而随着宇宙的膨胀，相关条件不断发生变化，计算过程非常复杂。伽莫夫并不擅长数学，于是招了个博士生拉尔夫·阿尔弗（Ralph Alpher）来帮忙。

伽莫夫和阿尔弗假设早期宇宙是一团高温、致密的由中子构成的气体，伽莫夫称之为“ylem”，这个词来自中古英语，意为“物质”。随着宇宙的膨胀，这些中子会衰变成质子、电子和中微子，随后质子会捕获一些剩余的中子，形成氘。这个过程不断进行下去，就能产生更重的原子核。在宇宙膨胀的过程中，这一反应不断进行；直到宇宙冷却到一定程度，无法继续发生反应。借助最早的电子计算机，和二战后刚刚公开的一些核反应数据，阿尔弗对反应过程进行了计算，计算结果与宇宙中氦的30%丰度相吻合。他们的假设是对的。

导师硬给我的论文塞了个二作

阿尔弗和伽莫夫迅速将这一发现写成短讯，投稿到《物理评论》。两人还开了一瓶酒表示庆贺，酒瓶上的标签写着“ylem”，那是伽莫夫贴上去的。

文章中硬生生加进一个而作，有人认为里面存在猫腻，也有人认为这只是当时物理学家风趣的玩笑

伽莫夫知道这篇文章将于 4 月 1 日发表，他便开了个玩笑，把自己的好友汉斯·贝特（Hans Bethe）的名字也加上去，这样三人的姓氏正好组成 α、β、γ 的谐音。阿尔弗对老板的决定很不高兴。他担心，论文署名里突然多出一个自带光环的大牛，谁还会注意到他？但是伽莫夫坚持要这么做，他后来在一篇文章里伽莫夫谈到：“如果这篇文章的署名只有阿尔弗和伽莫夫，这似乎对希腊字母表不太公平，所以在准备手稿的时候，汉斯·A·贝特博士（缺席，in absentia）的名字就被加进去了。”

汉斯·贝特是什么人？曼哈顿计划那段时间，贝特担任洛斯阿莫斯实验室的主任，顶头上司是奥本海默，手下还有个名叫理查德·费曼的年轻人。在此之前，他研究太阳发光的机制，多年后那篇论文为他赢得了诺贝尔奖。上图为汉斯·贝特在洛斯阿莫斯实验室的工作证 | 图片来自 Wiki Commons

贝特“碰巧”是《物理评论》的审稿人（据说伽莫夫对此毫不知情，鬼才知道是不是呢），他删掉了“缺席”二字。于是，这篇署名“α、β、γ”的文章，在愚人节当天发表了。

宇宙（热）大爆炸起源

《物理评论》的文章发表后马上在学界引起轰动。不久后，阿尔弗进行博士毕业答辩，三百多人前来观看。这可能是他前半生最光荣的时刻。同时人类对宇宙起源的认识有了第一份可以信赖的理论依据：宇宙由大约200亿年前发生的一次大爆炸形成。爆炸之初，由于温度极高，粒子运动极为剧烈，物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在（由于温度极高，粒子难以聚集形成原子核）。宇宙爆炸之后的不断膨胀，导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却，逐步形成原子、原子核、分子，并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云，星云进一步形成各种各样的恒星和星系，最终形成我们如今所看到的宇宙。（注：温度表征微观粒子运动剧烈程度）

宇宙微波背景辐射

1948年，伽莫夫还发表了“元素起源和星系分离”，并同阿尔弗和罗伯特·赫尔曼合作发表了“膨胀宇宙中的热核反应”。

“宇宙的演化”1948年发表于nature

还是1948年，伽莫夫又向英国的《自然》杂志寄去“宇宙的演化”一文，并将此文手稿寄了一份给阿尔弗和赫尔曼。阿尔弗和赫尔曼复核后发现文中有误，于是告知了伽莫夫。伽莫夫感到由他本人纠正文稿为时已晚，就鼓励阿尔弗和赫尔曼给《自然》另投一篇评论文章。他通知《自然》说，阿尔弗和赫尔曼的文章就要寄到，希望《自然》在他的论文之后尽快发表。

这篇文章就是：

阿尔弗和赫尔曼正是在这篇文章中，第一次预言了宇宙黑体辐射的存在，并以相当简洁的方法推算出现今的宇宙背景辐射温度为5K。遗憾的是，这个极重要的结论，却并没有引起学界的注意，被世人忽视了长达15年之久。

心灰意冷的阿尔弗跳槽到通用电气，而赫尔曼去了通用汽车。到 1978 年，贝尔实验室的两位科学家阿诺·彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）由于测量宇宙微波背景辐射，获得了诺贝尔物理学奖，阿尔弗仍然一无所获。直到多年以后，他才收获一个个迟来的荣誉。

阿尔弗于 2005 年获得美国国家科学奖（National Medal of Science），此时他已经行动不便，由儿子维克多·阿尔弗（Victor Alpher）代为领奖。

下期，我们将认识两个被幸运女神亲吻过的年轻人，他们无意中的发现使这两个物理学门外汉获得了1978年诺贝尔物理学奖。