上個世紀20年代以前，人們心中那個“靜態的宇宙”幾乎已經成型，然而哈勃的發現改變了這一切，“純靜態的宇宙模型”已經被兩個新生的理論所替代，那就是——「大爆炸宇宙模型」和「穩恆態宇宙模型」。
我們可以有兩個選擇：可以選擇「大爆炸宇宙模型」，它要求宇宙有一個創生的時刻，它的過去和未來有著天壤之別，有著有限的歷史和未來，當然我們也可以選擇「穩恆態宇宙模型」，它有著永恆的歷史和未來。並且有連續的物質產生，「大爆炸宇宙模型」可以解釋氫和氦的丰度，而「穩恆態宇宙模型」更容易被人們接受，它本質上卻回到了永恆宇宙的保守觀點。
我們都知道宇宙不可能既是靜態的，也是動態的，這兩個截然不同的觀點著實讓人們感到迷惑不解，到底宇宙是起源於那個轟動一聲的爆炸，還是它一直就這樣，也會永遠保持這個樣子呢？
圖解：宇宙不可能既是靜態的，也是動態的
宇宙學家是如何看待「大爆炸宇宙模型」與「穩恆態宇宙模型」的辯論呢？在整個20世紀50年代科學界也被分裂了，1959年《科學新聞》快報進行了一項調查，要求33位傑出的天文學家公開他們的立場，結果顯示11位專家支援「大爆炸宇宙模型」，8位支援「穩恆態宇宙模型」，其餘14位要麼不確定、要麼認為這兩個模型都是錯的。
在宇宙的真相方面，兩種模型都堅信自己是最強有力的競爭者，但雙方都沒有得到大多數科學家的廣泛支援，「大爆炸宇宙模型」最大的優點是能夠解釋紅移和膨脹，因為它本身就要求宇宙是動態演化的，「大爆炸宇宙模型」還預言了宇宙微波背景輻射，只是當時還沒有被發現，「大爆炸宇宙模型」所面臨的最大問題是——「時標困難」。
「時標困難」可以簡單地理解為：“兒子的年齡比爸爸大，這樣的謬論。”根據哈勃的計算，宇宙的年齡應當是18億年，而當時地質研究已經估計出一些地球上的岩石年齡為34億年，這一定是哪裡出了問題，不是宇宙的年齡出了差錯，就是地球岩石的年齡計算有誤，由於地球的年齡計算是透過同位素標記來計算的，這樣的方法到目前為止也被認為是非常有效的，那麼問題就很可能出在宇宙年齡的計算上了。
例如，如果遠處星系的距離比哈勃估計的大，那麼到達那個星系所需要的時間就比按目前距離估計的時間要長，這將意味著宇宙的年齡比現在估計的要大，或者如果星系退行的速度比哈勃估計的要慢，那麼就需要更長的時間才能夠到達該星系，這同樣意味著一個更加古老的宇宙。哈勃作為那個時代最受重視的天文學家，以精準和勤奮為名，很難想象他的測量結果會出現問題，然而哈勃的測量還是出了問題。
第一個發現哈勃估算宇宙年齡有誤的天文學家沃爾特·巴德（Wilhelm Heinrich Walter Baade，1893年3月24日—1960年6月25日）。出生於德國，在德國上完了大學，但他的主要研究全部都是在美國完成的，1931年二戰結束以後，巴德來到美國並開始了在威爾遜天文臺的工作。天文望遠鏡都是有使用時間限制的，想要進行更多更細緻的觀測，就勢必需要更多的望遠鏡使用時間，因此望遠鏡的使用時間是每個觀測天文學家都想要爭取的寶貝，很難想象一位天文學家能夠幾乎獨享一臺天文望遠鏡，但是巴德卻做到了。巴德能夠獨享望遠鏡，不是因為他的本事比別人大、他的錢比別人多，也不是因為他是臺長家親戚，而是因為第二次世界大戰。當美國加入二戰後，天文觀測和主要觀測活動在很大程度上陷於停頓，因為戰爭來襲，即便是天文學家也要獻身祖國，即使不上戰場也要完成後勤保障任務，巴德作為一名來自德國的公民，在美國自然是不能和軍隊以及戰爭沾上一毛錢的關係的，不被抓起來限制人身自由已經是很不錯的了，在其他天文學家都忙於二戰的時候，巴德自然獲得了更多的天文觀測時間，二戰時天文臺附近的城市洛杉磯進行了暫時燈火管制，這樣就大大降低了光汙染，這對天文觀測而言更是如虎添翼。
巴德在二戰時對銀河系的「天琴RR型星」進行了大量觀測，積累了大量的資料，「天琴RR型星」是一種類似於「造父變星」的變星，它的亮度和週期之間也存在著關係，但是由於其亮度比較小，仙女星系的「天琴RR型星」無法被1000英寸的胡克望遠鏡所觀測，但是巴德計算，如果一切正常的話，那麼在1948年建成的200英寸的海爾望遠鏡中，必將首次觀測到仙女星系的「天琴RR型星」，但是當巴德第1次使用海爾望遠鏡的時候，仙女星系的「天琴RR型星」卻依然沒有出現，這也讓巴德開始懷疑哈勃計算的仙女星系的距離出現問題。
圖解：天琴RR型星·計算方法
巴德找到了哈勃當年計算仙女星系距離所產生的錯誤：哈勃對仙女星系具體的測量一直使用的都是「造父變星」，這是因為「造父變星」有一個非常有用的性質，那就是它的亮度變化的週期與其絕對亮度是成正比關係的，因此怎樣測量「造父變星」的週期就能夠獲得絕對亮度，並根據測量得到的亮度推算它與地球之間的距離。
圖解：仙女星系的「天琴RR型星」
之前人們認為恆星基本上都是類似的，只是質量大小有所不同，但巴德發現恆星的大家庭中存在兩個不同的家族，巴德把它們分別稱為——「星族一」和「星族二」。
較老的恆星屬於「星族二」，在這些恆星瓦解之後，其碎片變成新的、年輕的恆星，也就是「星族一」的成分，「星族二」的恆星所含的氫、氦以外的元素非常低，往往只有「星族一」含量的百分之幾，這就導致「星族一」的恆星和「星族二」的恆星它們在性質上有很大的差異。
圖解：年輕的恆星
讓哈勃萬萬沒想到的是「造父變星」其實也不止一種，經典的「造父變星」質量較大，屬於「第一星族」，還有一類「造父變星」叫做「第二型造父變星」，比較老且比較闇弱，屬於「第二星族」。平均而言，「第二型造父變星」的絕對星等，比經典「造父變星」暗了1.5等。
當時哈勃可不知道「造父變星」有種型別，因此他就犯了這樣一個錯誤——用本地較暗的「星族二」的「造父變星」與仙女星系相對明亮的「星族一」的「造父變星」作比較，這就導致哈勃錯誤地估計了仙女星系的距離。即，哈勃估計的距離要比實際的距離要近一些。
巴德找到了哈勃的失誤，並對仙女星系的距離重新進行了計算，最終得到的結果是仙女星系的距離應當是哈勃計算距離的兩倍，這個數字可不僅僅是兩個星系的距離那麼簡單，到仙女星系的距離已經被用於估計我們到其他星系的距離，所以仙女星系的距離加倍就意味著到其他所有星系的距離都要加倍，所有星系距離的加倍，意味著宇宙的年齡計算也要修正，此時大爆炸模型下的宇宙年齡更改為36億年，當時計算地球最古老的岩石年齡為34億年，到此，“兒子的年齡比爸爸大的問題”得到了部分解決。「大爆炸宇宙模型」終於去除了成功路上的一塊重要的“絆腳石”。
圖解：銀河系內的一顆造父變星:船尾座rs,哈勃空間望遠鏡拍攝
宇宙的年齡被再次增加了認真的巴德第1次就將宇宙的年齡增大了18億年，但是他的修正之路依然沒有停止，在巴德的眼中，過去的一切測量資料都應當被再三檢查，反覆檢驗，這樣的懷疑精神一直延續到巴德的學生那裡，他的學生艾倫·桑德奇（Allan Rex Sandage，1926—2010美國著名天文學家）修正了巴德導師的測量，結果宇宙的年齡被再次增加了。
之前我們說到測量仙女星系的距離所使用的是「造父變星」，但測量更遠的星系就不能使用「造父變星」了，在那麼遠的距離上已經無法檢測到「造父變星」，現在我們可以使用「Ia型超新星」但那個時候還沒有發現這樣的超新星，那麼在那個時代如何測量遙遠星系的距離呢？
圖解：超新星爆發模擬圖
天文學家基於這樣的一條假設來測量遙遠星系的距離，那就是——仙女星系中最亮的恆星與其他任何星系裡最亮的恆星一樣亮，因此如果找到了一個遙遠的星系，這個星系中最亮恆星的視亮度只有仙女星系中最亮恆星的視亮度的1/100，那麼該星系的距離就被認為是仙女座星系的10倍，因為亮度和距離的平方成反比，儘管恆星的亮度差別很大，但用這種方法來測量距離不是沒有道理的。比如，人的身高差異很大，但是如果我們隨機選取1萬個成年男人的樣本，那麼在這1萬個男人中，最高的身高在不同的樣本中也基本上是接近的，差不多都應當在兩米左右，這個方法確實有一定的道理，但茫茫宇宙總有我們不知道的東西，在干擾著我們的觀察和判斷。
艾倫·桑德奇發現原來我們一直認為是某個星系中最亮的恆星，其實是別的東西，它不是恆星，而是巨大的雲團，科學家一直在拿比恆星還要亮的雲團與仙女星系最亮的恆星做比較來計算距離，而每個星系中最亮的恆星的亮度其實要比科學家之前的判斷要暗一些，這樣星系的距離又要變大，同時宇宙的年齡也要增加。艾倫·桑德奇經過重新的計算將宇宙的年齡增加到了55億年，後來科學家也在不斷地修正計算出來的宇宙年齡，並最終將宇宙的年齡確定在100億年到200億年之間。
「大爆炸宇宙模型」面臨的問題還有很多由於沃爾特·巴德和艾倫·桑德奇這樣神一樣的隊友的助攻，「大爆炸宇宙模型」所面臨的最嚴峻的問題，也就是「時標困難」已經不是問題了，但是「大爆炸宇宙模型」面臨的問題還有很多。比如比氦更重的元素合成問題。儘管伽莫夫、阿爾弗和赫爾曼都盡了很大的努力，但依然沒有找到除了氫和氦以外，其他元素的原子形成機制。這次送上神助攻的是「大爆炸宇宙模型」的敵對陣營，最大的貢獻者正是提出「穩恆態宇宙模型」的霍伊爾，你也許會問霍伊爾不是反對大爆炸理論嗎？怎麼會被對手送上助攻呢？
其實核合成問題是「大爆炸宇宙模型」「穩恆態宇宙模型」這兩個理論共同面臨的問題，「大爆炸宇宙模型」需要解釋宇宙開始的時候，基本粒子是如何轉變成不同丰度的、較重的原子的，「穩恆態宇宙模型」也需要解釋星系退行時不斷生成的粒子是如何轉換成較重的原子的。
霍伊爾分析了不同型別的恆星的演化過程恆星會經歷一個非常漫長的穩定時期，透過將氫聚變成氦來產生熱能，並透過輻射光能來耗散掉這些熱量。恆星自身的引力與核聚變引起的向外壓力相互抵消，恆星達到平衡狀態，進入一種相對穩定的時期，這個時期稱為恆星的主序星階段，主序星階段的時間長短主要與行星的質量有關，恆星質量越大需要與引力相平衡的核聚變也就越多，恆星的主序星階段也就會越短，像太陽這樣的恆星它的主序星階段大概會維持100億年，質量等於太陽質量5倍的恆星，主序星階段的時間就只有7,000萬年，而1/5太陽質量的恆星，主序星階段是1萬億年，這比我們目前知道的宇宙的年齡還要大。
霍伊爾的研究從恆星進入晚年開始，也就是主序星階段結束以後，當氫燃料即將耗盡的時候，由於燃料短缺，恆星必然會降溫，溫度的下降會導致向外的壓力下降，引力的作用會變得更強，恆星開始收縮，這樣引力坍縮導致恆星核心的密度和溫度升高，此時恆星的燃料就會進行一次升級，由氫燃燒變為氦燃燒，由三個氦原子聚合成為一個碳原子，碳原子的數量畢竟是有限的，終究也會有燃燒完的一天，恆星的核心會再次冷卻，恆星會再次因為引力而坍縮，坍縮後的壓力和溫度會升高，恆星就會使用其他的燃料。比如氦燃燒完就變成了碳燃燒，碳燃燒的結果是生成氧16，氖20和鎂24，恆星的晚年就在這樣地燃料短缺、壓縮、升溫、升壓、燃料升級燃料，再次短缺這樣的迴圈中度過，這樣的死亡無疑是壯麗的，特別是部分恆星在其死亡的最後一刻會成為一顆「超新星」，僅它的亮度就能夠達到100億顆恆星的亮度，並能夠將恆星內部合成的重元素拋灑到宇宙空間中成為組成下一代恆星、行星還有你和我身體的元素。
霍伊爾著手分析了不同型別的恆星的演化過程，經過幾年的專門研究，他成功地完成了對不同恆星在其接近壽命終點時所發生的所有溫度和壓力變化的計算過程，最重要的是，霍伊爾還制定了每個恆星在瀕臨死亡時的核反應，給出了極端溫度和壓力的不同組合是如何導致一系列中等質量和重原子核的產生，每種質量的恆星都可以作為不同元素的融爐，因為恆星在其壽命完結和死亡的過程中，內部發生著巨大的變化。
霍伊爾的計算甚至可以說明今天我們所知道的幾乎所有元素的準確丰度，可以解釋為什麼氧和鐵是常見的，而金和鉑金是罕見的，如此一來宇宙「元素丰度」的問題，算是得到了部分解決——比氦更重的元素大多來自於恆星內部的核合成。
但是有一個問題還讓我們忽視了，之前我們講到比氦更重的元素的合成路徑是伽莫夫、阿爾弗和赫爾曼三人怎麼也繞不過去的“坎”，這個“坎”對霍伊爾依然存在，他雖然在恆星氦燃燒階段提出氦燃燒可以生成碳，但霍伊爾所見，幾乎沒有什麼可行的途徑使得氦能轉化成為碳，如果氦轉化為碳的途徑不存在，那麼後續的一切核合成全部都稱為無稽之談了，所以伽莫夫、阿爾弗和赫爾曼面臨的問題，霍伊爾也還是要解決的，那麼重元素的合成之路到底應當如何解決呢？咱們下回分解。
未完·待續......06
#謠零零計劃##週末開大課#