科學史上故事很多，今天老郭不想給大家分享那些勵志奮鬥的感人故事，而是要給大家分享一件趣事：神父提出的宇宙火球模型，被反對者譏諷為“大爆炸模型”，後來火球模型逐漸被實驗觀測所證實，這個曾經被大家用來譏諷的名稱“大爆炸模型”反而被學術界沿用了下來。下面我們就來介紹一下這個“神奇”的過程

由於光以有限速度傳播，所以我們看到的宇宙即是空間也是歷史。天文學的觀察表明，無論遠近，星系團都是均勻各向同性分佈的。由於越遠的星系團，它們的影象越古老，這表明星系團不僅僅是現在均勻分佈著，而且過去也是如此。

愛因斯坦就是基於這樣的觀測事實，總結出一條原理：在宇觀尺度上（10^8光年以上），宇宙中的物質始終均勻各向同性地分佈著。這就是宇宙學原理。

第一波：靜態宇宙模型

從宇宙學原理來說，宇宙在大尺度上考慮是靜態的，也就是說是一個不隨時間變化的。這樣，就可以利用愛因斯坦場方程來求解出宇宙模型。

這個方程由10個二階非線性偏微分方程組成的方程組，可以確定10個決定時空幾何性質的未知函式。由於方程組內有4個恆等式，所以獨立方程是6個。再加入4個與座標系選擇有關的微分方程作為“座標條件”，這樣，獨立方程仍然是10個。

10個方程10個未知函式，正好匹配。但求解微分方程必須要有初始條件和邊界條件，換句話說，我們必須要知道求解的宇宙最初始的情況和邊界情況。對於一個靜態宇宙，那麼過去和現在一樣，初始條件就可以選擇現在的狀態。

但是宇宙的邊界是什麼樣？這個問題就回答不出來了。愛因斯坦構想了一個“有界無邊”的宇宙，既然沒有邊，也就不需要有邊界條件了。所謂的有界無邊就是一個類似球體這樣的三維空間，時間是無始無終的。

第一折：愛因斯坦宇宙項

有了前面的“有界無邊”的設想，愛因斯坦就開工了。然而，經過艱苦的努力，他仍然得不到自己想要的結果。後來他終於明白了，廣義相對論是萬有引力定律的推廣，而引力只有吸引力沒有排斥，這樣的模型是不可能穩定的，也就不可能是靜態的。

要想得到不隨時間變化的靜態宇宙模型，必須在場方程中引入“排斥效應”，這就是後來愛因斯坦在場方程增加的所謂“宇宙項”。在宇宙項的引入之後，愛因斯坦得到了自己的有界無邊的靜態宇宙模型。

第二折：膨脹宇宙模型與脈動宇宙模型

1922年，前蘇聯數學物理學家弗裡德曼，用愛因斯坦最早的場方程（不包含宇宙常數那個場方程），求出了一個嚴格解，這是一個動態的脈動或膨脹的宇宙模型。由於與靜態宇宙解有矛盾，所以愛因斯坦認為這篇文章有誤，不能發表。

弗裡德曼不得不將這篇文章發表在德國一個不太知名的數學雜誌上。雖然文章發表了，但是並沒有引起學術界的注意。

1927年，比利時神父勒梅特也得到了類似膨脹或脈動的宇宙模型。

第三折：“宇宙蛋”與宇宙演化論

為了解決“上帝”是怎麼創造宇宙這個問題，勒梅特用熱力學分析認為，最初的宇宙是一個熵極小的狀態，是一個“宇宙蛋”，這個蛋“爆炸”膨脹、混亂度不斷增加，熵也就在不斷增加，最終演化成了我們今天這個宇宙。

所以在勒梅特神父看來，“上帝”最初創造的並不是我們今天這個宇宙，而是最初的那個“宇宙蛋”，然後這個“蛋”爆炸，演化成了今天這個樣子。

兩年以後，也就是1929年，美國天文學家哈勃通過天文觀測得到了哈勃定律，該定律表明宇宙確實在膨脹。

弗裡德曼和勒梅特的工作得到了學術界的認可，愛因斯坦也最終接受了宇宙膨脹模型是對的，表示願意放棄自己的靜態模型，並且宣佈自己的在場方程中加入宇宙項錯誤，1915年提出的不包含宇宙項的場方程才是唯一正確的廣義相對論基本方程。

愛開玩笑的俄國物理學家加莫夫帶著他的學生阿爾法開始研究宇宙膨脹模型，由於研究所裡面還有一位叫做貝特拉的核物理學家，加莫夫就把他也拉到團隊中來，這樣三個人的名字就很像阿發、貝塔、伽馬（α、β、γ）。

1948年，加莫夫以α、β、γ的名義，聯合發表了關於火球模型的論文。在論文中，他提出了宇宙演化的火球模型。這個模型認為，宇宙是從最初的核火球，在爆炸中膨脹開來，並且逐漸降溫，核子與電子結合成原子、分子。

最初的元素以氫為主，包含少量的氦，慢慢聚整合原始的星雲，並進一步形成恆星。組成恆星的氣態物質不斷收縮，在引力的作用下轉化為熱能，大的恆星溫度可以高到上千萬度，從而引發核聚變反應，形成發光的恆星。

加莫夫認為，宇宙膨脹是一個不斷降溫的過程，但是在有限時間內溫度不會降到絕對零度。他認為當前宇宙中還應該存在大爆炸的餘熱，他估算這一餘熱的溫度約為5K左右。

加莫夫的另一個預言是宇宙中氦的風度，他通過計算，認為如果自己提出的火球模型正確，宇宙中的元素應該有大約四分之一是氦。

嘲笑成真

嘲笑這個火球模型的人譏諷加莫夫的宇宙模型為“大爆炸宇宙模型”，後來由於哈勃等人的工作，使得加莫夫的預言被實驗觀測所證實，於是“火球模型”被眾多科學家們所接納。當初用來嘲諷加莫夫的“大爆炸模型”這個“名稱”也被學術界給沿用了下來。

勒梅特與加莫夫的大爆炸模型意義重大，因為它首創了宇宙演化的觀念，雖然我們今天的大爆炸模型已經被不斷改進發展，但是這個模型的基本框架和宇宙演化、進化的思路一直都被沿用下來。

結束語

跌宕起伏的宇宙大爆炸學說最終確立的故事只是科學發展中眾多歷史事件的一個片段。我們追溯歷史，就不難發現科學發展的艱難，同樣我們應該從科學史中找到科學研究方法的精髓：實驗觀測證明。

從實際出發，從觀測事實出發，就連愛因斯坦也不得不接受客觀的檢驗。對於愛因斯坦能有勇於承認自己的錯誤，我是非常的欽佩。他建立的錯誤的靜態宇宙模型，這一點點小的瑕疵不能遮蔽他的光芒。

補充資料：有三個觀測結果支援大爆炸宇宙模型：1）哈勃定律；2）宇宙中氦的丰度；3）微波背景輻射。