宇宙大爆炸的基础

1930年代初期，在发现了广义相对论的新解法以后，勒梅特继续着他宇宙学的工作。他知道宇宙膨胀会引起其内容物的稀释和冷却。那么在遥远的过去它应该有更高的密度和温度。很直观地，如果我们颠倒时间的进程，就应该可以看到所有的星系相互靠近直到最终融合，同样的过程也会发生在分子和原子层面……宇宙中物质的密度于是会变得与原子核的密度一样！勒梅特于是想象当前的宇宙来自某种高密度状态的膨胀-稀释，他将之称为原始原子（atome primitif）并以此为自己的模型命名。

原始原子理论是宇宙大爆炸理论的前身。其中心思想是一个高密度和高热度的原始宇宙，其密度和热度远远高于今天的宇宙，且影响着众多物理进程。“大爆炸”一词后来出现于1949年的一个广播节目中，英国天体物理学家弗雷德·霍伊尔以讽刺的口吻使用了该词以贬低勒梅特的理论。他自己是另一竞争理论——被称为“稳恒态宇宙”（univers stationnaire）——的拥护者（见第110页卡片）。但公众却喜欢上了这个新词，随后它便被大范围使用。

稳恒态宇宙的特殊思想

不愿接受勒梅特原始原子理论的天体物理学家霍伊尔，托马斯·戈尔德和赫尔曼·邦迪于1948年提出了一个替代解决方法。他们通过两篇文章（一篇由邦迪和戈尔德撰写，另一篇由霍伊尔撰写），描述了自己的“处于膨胀中却被认为是稳恒态的宇宙”模型，这一用语理所当然地是矛盾的。

这一模型建立在宇宙学原理的延伸之上。这个被广为接受的原理认为在大的层面上，宇宙对于一切事物具有相同的特性，无论观察者身处何处。邦迪、戈尔德和霍伊尔的“完美宇宙学原理”（PCP）走得更远，它增加了一点：观察者不会观察到宇宙整体特性中的任何改变；宇宙（从大层面来说）总是保持着相同的样子，无论处于其演变的任何时候。换句话说，在这个模型里，宇宙没有历史，它总是一样的，它“没有年龄”。

这一思想也许有吸引人的一面：它恢复了“宇宙是永恒的、不变的”这一神话。但它似乎已经提前被击败了，因为它似乎与自1930年代初期就已经稳固建立的宇宙膨胀概念不符！天文学家们知道，这一膨胀会引起宇宙物质的稀释和冷却，所以一切都在不停变化。我们怎么能够提出一个与观测结果如此矛盾的理论呢？

但三位研究者正是有一个特殊的观点：物质在持续地产生出来。如果物质持续产生的速度抵消了由膨胀引起的稀释，其密度就能保持恒定，而宇宙则能保持其原有的整体形态。新的物质会聚集而逐渐形成新的星系。这个假说可能让人觉得大胆、奇怪。但邦迪和戈尔德的计算指出，为了保持恒定宇宙中物质的密度，平均只需要在每十亿年的时间里在每立方米的体积中产生一个原子。如此“合理”的物质产生似乎并不荒谬……而且，稳恒态宇宙理论至少在一段时间里得到了许多的赞美。尤其是当时大爆炸模型因为宇宙年龄的问题正处于严重的困难境地！

不幸的是，更精确的天体观测将会越来越清楚地展示出宇宙的确是在演变的。1950年代，射电源的计算——由1974年物理诺贝尔奖获得者、射电天文学家马丁·赖尔进行——将彻底排除这些模型得到验证的可能性。随后核物理的发展也会为大爆炸模型提供严肃的证据：霍伊尔最终于1964年承认稳恒态宇宙模型不能解释宇宙中氦原子的丰富性，而对大爆炸理论预言的“原始核聚变”来说，这却是完全自然的。特别是第二年，“宇宙背景辐射”（fond diffus cosmologique）的发现（第6章）完全排除了稳恒态宇宙模型。