30年前，有两种宇宙学理论——大爆炸论和稳态论互争霸权，结果是大爆炸论得胜。最近的观察暗示，我们又得关注稳态论。
大多数天文学家相信，宇宙创生于热大爆炸的一个瞬间，并且一直在膨胀。实际上，现代物理学的大部框架，皆建立在这样一个概念之上，即我们所熟悉的全部粒子和力，在大爆炸后的几秒钟内就已确定。
那么我们有何证据说明曾发生过大爆炸呢？事实上，大爆炸假设仅依赖于三个观察事实。第一个是红移，根据多普勒效应，离我们远去的星系，其光谱线向红端移动。红移的程度取决于该星系相对于我们的速度。哈勃在20年代发现，红移量随着星系的距离而增大。
相对来说，离我们较近的星系，其距离可由Cepheid变星的行为精确地测出；也可从球状星团（具有均匀的内禀亮度的一群恒星）的表现亮度测定。若所有的球状星团的亮度皆相等，那么看上去较暗的星团，必处在较远的星系中。哈勃将所有星系的暗度作为一种距离效应，从而将他的测量推广到宇宙。他得出结论说，一个星系的红移量直接与其距离成正比，若一个星系比另一个星系离我们远2倍，则其红移量也是另一星系的2倍。这就是现在的所谓哈勃定律。
在哈勃的这个发现之前，理论家弗里德曼（A. Friedmen）根据爱因斯坦广义相对论方程而提出宇宙正在膨胀的思想。在他的模式中，星系镶嵌在相互退行的空间之中；且相距越远，退行得越快。这并非星系在穿越空间，而是星系间的空间在膨胀。故哈勃的观察结果，为这一基于广义相对论的预言，提供了巨大的证据。大爆炸理论是建立在弗里德曼的宇宙模式之上的。在时间上向后回溯，便到达所谓物质（和全部空间）密集在一点的时刻，尔后在一个灾变性事件中向外爆炸。
支持大爆炸的第二个观察事实是，宇宙似乎沐浴在一个均匀的微波辐射之中。40年代中期，加莫夫（G. Gomaw）和其同事阿尔法（R. Alpher）和霍曼（R. Herman）提出，偌大爆炸假设正确，那么今天应该有宇宙早期仅几秒钟时的热时代（达100亿K）所留下的辐射。这一余烬辐射具有典型的黑体温度谱，研究者估计在5~7 K的范围内。1965年，彭齐亚斯和威尔逊碰上了这个在略低于3 K的温度上的微波辐射。再者，观察还证实了理论家的某些预言。对宇宙学家来说，这就加强了大爆炸模式的地位。25年来，天文学家广泛地研究了这一背景辐射。最近的一次，是在1989年发射了宇宙背景探测者卫星（COBE）。
支持大爆炸假设的最后一个观察事实是，我们在宇宙中看到的氦、氘和轻元素锂、铍、硼的量，正好与理论家关于它们在大爆炸时的高温中形成的预言相符合。从今天的宇宙膨胀态向后回溯，应用适当的相对论方程，有可能得出大爆炸时的高压、高密的条件，也可推测出宇宙将存活多久。40年代，加莫夫先驱性地作了这些研究；到了60年代中期，魏格纳（R. Wagoner）、福勒（W. Fowler）和霍尔（F. Hoyle）得出了确定的结论。他们说，例如，在大爆炸时，正好有25%的处于氢形式的原始物质，合成为氦－4；而从老恒星的光谱中，确实表明有这么大的氦含量。
所以你会感到，对大爆炸提出质疑是鲁莽的。直至1年前，慕尼黑的马克斯 · 普朗克天体物理研究所的艾泊（C. Arp）、圣地亚哥的加利福尼亚大学的伯比奇（G. Burbidge），最近已从剑桥大学退休的霍尔、卡迪夫的大学学院的惠克兰梅刹（C. Wickramasinghe）和我五个人，相聚于卡迪夫，研究了大爆炸假说的现状。去年8月，在研究性的杂志《自然》上，发表了我们的讨论情况和结论（我们把它称之“卡迪夫宣言”）。
我们首先研究了哈勃定律，它把红移与距离联系起来，对宇宙学具有很大影响。对于小红移量，此定律是线性的，就如哈勃所发现那样。对于大红移量，我们是跟甚大距离打交道，必须按照爱因斯坦的理论，考虑时－空几何的可能曲率；这一关系依赖于我们所采用的具体的宇宙学膨胀模式。故若欲证实哈勃定律的有效性，就必须知道根据红移量得出的星系距离。
麻烦正是始于此，确定星系距离缺乏明确的方法，我们所能取得的最好估算，就是哈勃在20年代所采周的方法，即亮度的平方反比定律。天体表观亮度越暗，它离我们越远；若假定所有的天体具有相等的亮度，那么此法是可靠的。60年代，威尔逊山拉斯堪泊纳斯天文台的桑德奇（A. Sandage）发现，如果选择星系中最亮的星团作为一种“标准”，那么就可采用上述方法。可両出表示这种“标准烛”星系取样时的红移量相对于暗应的曲线；此曲线很符合哈勃关系。最近，山道其以邻近取样星系的表而亮度跟红移量联系起来，也证明了哈勃定律的正确性。
1963年加利福尼亚工学院的斯盖密特（M. Schmidt）发现了准星天体（类星体），因而出现了一个新的问题。极大多数的这种奇异天体与星系相比，都具有很大的红移量。因此，按照哈勃定律，类星体必很遥远。故它们必辐射巨大能量，以致在如此遥远的地方也能见到。
但哈勃定律是否适用于类星体？因没有独立的方法可用来测量其距离。我们再来参照红移量 - 暗度图。毋需统计学家告诉我们，即可知这是一种扩散图，没有线性相关性；更不用说，红移量与距离之间有紧密的关系了。扩散可能是由于类星体本征能量的变化引起的，对此，哈勃定律还是成立的。
但有一种直接测量类星体距离的方法。有些类星体似乎跟一个星系有物理上的连接，这可能是通过恒星之“桥”。若星系服从哈勃定律，那么可期望其类星体同伴也应如此。确实，一些类星体看来处于星系中心。据通常的理论，所有类星体，皆是星系的活动核。但很难测量包围着一个类星体的星系的红移量，因为仪器被类星体本身的光所淹没；不过，若类星体和星系肩碰肩地躺在天空中，那么对比两者的红移量倒是容易的。
1977年斯托克顿（A. Stockton）公布了这一方法。他选择了25个邻近类星体作样品，并寻找它们的甚近星系，然后测量星系（若找到的话）的红移量。若星系的红移跟其近旁类星体的相似，则称“成功”。斯吐克顿记录了13列成功。故他断言说，星系和类星体对是相互邻近的。据他测量，类星体与星系偶尔并列的概率小于3/200万。
但斯吐克顿忽视了的12个“失败”又是怎样呢？在这里，二者的红移大不相同。这说明这种方法有缺点，不论支持或反对哈勃定律。自此后，有些天文学家报告了许多这种矛盾的情况。有时这些情况被当作“反常”而漠视，直到天文学家发现了一种称之引力透镜的新现象为止。这种现象看来提供了一种表面上未违背哈勃定律、似乎合理的解释。在引力透镜中，前景天体的引力可将来自背景光源的射线弯曲和聚焦。这最终增强了源的亮度，放大像和歪曲，就像一个弯曲的镜在光学上所产生的结果。引力透镜效应可在“大尺度”上产生，此时，弯曲光线的机构是一个星系或星系团；或者，可产生在“微观”尺度上，此时，它可能是星系中的一颗恒星。
80年代的初步研究指出，微观引力透镜，可能是表观上邻近的背景类星体（实际上很远）相对于前景星系而引起的。看到的在亮星系近旁类星体要比我们预期在天空上随遇分布的数量还要多。亚利桑那大学的斯托克（J. Stocke）和其同事于1987年提出，这可能由于暗类星体的像（远离亮星系），因干涉星系中的个别恒星的引力透镜效应而增亮。天文界由此感到松了一口气，因为哈勃定律的框架不再受到威胁。
遗憾的是，现在愈来愈难以相信，引力微观透镜效应能解释如此众多的类星体，看上去在星系的近旁。最近，我们发现许A邻近的星系－类星体对，它们的红移并不相匹配。
这些对是如何连接的？最著名的一对是亮星系NGC4319和类星体Markarian205。这甦天体具有大为不同的红移量，而按哈勃定律计算，M205要比星系远上12倍。1971年，艾泊报告说，有两个天体由灯丝状物质而相接。真有灯丝状物质吗？这个问题一直有争议，直到：1984年，阿拉伯麦大学的苏兰铁克（J. Sulentic），通过复杂的图像处理技术而证实了这种连接的真实性。
艾泊在“宇宙橱”中发现了几个框架，那里丝状物质把亮星系跟较小的伙伴连接起来。这种连接因本身的原因而不总是扰动的。确实，我们从许多情况中得知，伙伴天体通过潮汐作用而从亮星系中吸出物质。艾泊的发现使人们如此忧虑的是，这些连接物的红移竟然有很大的差异。也许需要重新考虑哈勃定律，至少在类星体的问题上。
在宇宙微波背景上，困难更是严重，问题是它太平滑。观察表明，宇宙中的物质以星系的形式积聚成星系团和超星系团，并且像长灯丝那样延伸于空间，其间介以空洞。当这种结构形成于宇宙早期时，它们应在宇宙微波背景上留下印记，就如度假者在海滨留下脚印那样。迄今，COBE这只探测宇宙微波背景的卫星，未在辐射中发现任何不均匀的证据。最近的观察，对大爆炸论宇宙学家提出了一个严重的问题。的确，有相当多理论上的创见，认为在观察限阀之下会留下记印。不过避开观察很难说是一种好的理论文风。
另一方面，为了解释宇宙早期结构的形成，大爆炸宇宙学家不得不断言，我们实际上见到的恒星和星系，并非是构成宇宙的全部物质。他们祈求于一种称为暗物质的奇异的物质形式，以提供必要的引力，使物质凝聚成星系和星系团。暗物质是由什么组成的呢？理论家已提出了一张丰富的暗物质候选者名单，诸如光微子、引力微子、轴微子等等。迄今，在地球上的加速器中未找到这些粒子中的任何一种。
目前流行的大爆炸假设，还需要宇宙在其仅为10-36秒时有一个瞬间的“暴胀”相。暴胀相为宇宙后来的发展设置了初始条件。具体地说，它告诉我们，宇宙现在的年龄在6.5~130亿年之间，这与最老的恒星不相上下，后者的年龄处在130—170亿年之间，而化学元素则为120~160亿年。看来，宇宙还没有足够的“老”以容纳其成员。
在星系年龄“年轻”的一端上也有一个问题。我们在前面讨论暗物质时已知，大爆炸假设还有一个星系、星系团如何形成的问题。大多数理论家预言，它们在一个相对来说较短的时期内形成，所有的星系大致上在相同的时期——100~150亿年间形成，换言之，现在不应在我们近旁看到任何年轻星系。
但据红外－红天文卫星（IRAS）的测量表明，在一些星系中，发现充满“年轻”的恒星，这说明星系的年轻。按大爆炸假设，这就很难弄懂为何星系还在形成之中。而年轻星系与老恒星共存的说法，倒是十分自然地符合于与大爆炸论争雄一时的稳态论的构架；在此理论中，物质不断创生，星系随时形成。
在50和60年代，在稳态论与爆炸论之间有一场大辩论，焦点主要在宇宙演化的概念上。大爆炸之居，宇宙是随时间演化呢？还是在整个宇宙学时标上处于同样的状态——稳态之中呢？我们可利用红移来决定这个问题，若它是一个宇宙学时间的指示。我们向宇宙远处看去，也就是在时间上往回看（因为这是光旅行所需的时间），故一个天体的红移，不仅反映了它的速度和距离，而且也是年龄。类星体的红移的确显出了演化的证据。但若它的红移并非全由宇宙膨胀所致，那么，它就不能作为说明演化的基础。最近，天文学和天体物理大学中心（Dune）的得斯盖泊特（P. Dasgupta）的分析十分有意义，他表明，“无演化”假设（稳态论）跟计算亮射电星系的数据一致。根据得斯盖泊特的意见，在任何选择的空域中所测得的亮射电星系的数目总是相同的，不论取样于邻近还是远方。因为光线（或射电波）穿过空间需一定的时间，这意味着亮射电星系的密度，在很久以前和现在都是相同的——换言之，宇宙并不演化。
从这些问题来看，把我们的所有“宇宙蛋”放入一只大爆炸的“篮”中，不是一个良好的想法，我们倒是应该开拓别的可能性。30年前，在其他的理论上有过很多公开的辩论，这对我们宇宙学有很大的贡献。为了宇宙学的健康成长，大爆炸假设需要别的思想与之竞争。
首先，宇宙背景：这是否来自甚近天体的物理起源，答曰：“是”。它所需要的是能吸收微波的大量粒子，但对可见光和射电波近于透明。这些粒子分布于整个星系际空间、作为一种吸收和重新分布任何辐射的微波背景。事实上，早在1968年，霍尔、惠克兰麦萨和勒狄婿（V. C. reddish）表明，若观察到的全部氦元素产于恒星的热核反应，那么星光最终在被星系际粒子吸收和重放射后，将产生一个在观测到的温度上的微波背景。主要困难是证认一种适当的粒子。
有别于大爆炸的理论
对宇宙尘粒（铁、碳微粒和在星际空间找到的那些粒子）的最近研究表明，有一种颇有希望的候选者：铁细丝，约1 mm长和1 μm宽。实验表明，缓慢冷却的金属蒸汽确能凝结成这种细丝。因为金属被认为是从超新星爆发中所抛出的，这种细丝可能是形成超新星封包的良好材料。重要的是，蟹状星云（它是一个超新星遗迹）的光谱在至10 cm间有一个下降，这正是我们预期铁细丝所吸收的辐射波段。这些细丝（与100亿年的宇宙学时标比，其年龄当然很小）一旦为星系中的超新星所产生，最终因辐射压力而被抛入星系际空间。计算表明，这种粒子能十分有效地划平来自恒星和星系的辐射中的任何不均匀性。简言之，微波背景产生于恒星与星系的形成之后，而不是在此之前。而细丝扮演着刷掉海滩上脚印的潮水的角色。
用什么来解释类星体的奇异的红移呢？一个办法是采用霍尔和我曾提出过的引力理论。这个理论依赖于马赫（Mach）原理。物质的惯性来自宇宙中物质间的相互作用，并随着物质的年龄而增大。
根据这种思想，任何粒子在刚创生时，其惯性质量为零，随着变老，也即宇宙中粒子间日益频繁的相互作用，使它提高了质量。由于这种效应是普遍的，年轻物质的氢原子将具有较小的惯性质量，故其谱线将是较长的波长，因此，它的谱线与在实验室中测量的老的氢原子相比，就显得处在红端。
这种方法将解释，为何某些类星体比其星系伙伴具有更大的红移量。类星体可能是老星系在“微创生”过程中被射出的天体。随着类星体变老，红移中的差移将逐渐消失。
这一图景为大爆炸论与稳态论假设之间构筑了桥梁，结合了前者的爆炸性创生与后者的连续性创生。此说之优点，是为在类星体、星系（那里恒星正活跃地形成）中所观察到的局域性爆炸，跟宇宙性爆炸之间找到了自然的联系。
也许对此理论最有利的一点是，它把宇宙学领入到现代宇宙天体物理学和物理学的范围之内，与此相对照，大爆炸假设把许多可观察的宇宙特征，诸如宇宙背景辐射相甚远古时期形成的星系，皆归诸为短暂时刻的产物，当时宇宙的物理状态被认为大异于我们今日实验室的可行条件。大爆炸假设所依赖的奇异物质，未能在实验室中找到，无法解释宇宙为何演变成今天这个模样。最麻烦之处是，提出的这幕图景仅发生过一次，而不是按科学的准则，可以重复。
我们的这一另一幕宇宙学图景并非是最后的定论，作为大爆炸的替代者，它应受到进一步严格的评估。
[New Scientist，1991年3月12日]