在这个大科学时代，基础物理学通常在像欧洲核子研究中心和LIGO这样的庞大实验室中进行测试，通过他们准确的直觉做出重大贡献的特立独行者越来越罕见。因此，那些过去这样做的人，几乎具有了神话般的品质。他们出色的猜测改变了历史，由于许多研究领域的复杂性，通常需要大规模的合作，这在今天会变得更加困难。
具有争议的英国天体物理学家弗雷德·霍伊尔于2001年8月20日去世，至今已有20年。他是一位特立独行者，他不仅因对科学的重大贡献而闻名，也因他顽固地坚持边缘信仰而闻名。他职业生涯中的好与坏都源于同一个根源——一种基于粗略计算的、大胆的预测倾向，以及一种根据自然规律，直观地认为什么是正确解释的感觉。
霍伊尔的主要辩论伙伴——至少从媒体的角度来看——是俄罗斯-乌克兰裔美国物理学家乔治·伽莫夫。伽莫夫于1968年去世，比霍伊尔早了三十多年，但他们在公众视线中的时间，大约从1950年代初到1960年代中期，足够长，他们的思想之战成为了传奇。他们的争议涉及宇宙和其中物质的起源。虽然双方都同意空间正在膨胀，但霍伊尔极力主张宇宙是无限古老的，新的物质缓慢地渗入膨胀所留下的空隙中，创造新的恒星和星系，并在漫长的时间里填补空缺。因此，在他和合作者赫尔曼·邦迪和托马斯·戈尔德称之为“稳态宇宙”中，宇宙整体上随着时间推移看起来基本相同。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
另一方面，伽莫夫认为，所有物质都是在数十亿年前，当可观测宇宙远小于现在时，在一种高温、高密度的状态下产生的。他认为，在最初的炽热几分钟里，所有化学元素都被锻造出来。他和他的同事拉尔夫·阿尔弗和罗伯特·赫尔曼试图展示这种累积是如何在原始的宇宙坩埚中实现的。霍伊尔驳斥了在时间之初就大规模违反物质和能量守恒的观点，嘲笑这种模型（包括比利时数学家和神父乔治·勒梅特的早期思想）。在1949年3月的一次BBC广播节目中，他将这种突然的创生称为“大爆炸”——这个名字沿用至今。
和霍伊尔一样，伽莫夫也经常依靠自己的直觉来做出科学预测。他对需要一页又一页的计算和多年努力的项目几乎没有耐心。因此，虽然他们的宇宙学观点截然不同，但他们的研究方式有很多共同之处。
例如，1928年，在访问德国哥廷根大学时，伽莫夫了解到物理学家在解释阿尔法衰变过程时面临的困境，即当铀等重原子核突然释放出一个阿尔法粒子（两个质子和两个中子的簇）时。显然，阿尔法粒子穿过了一种通常禁止通过的能量壁垒，但如何穿过呢？直观地，这个难题让他想起了量子力学中的一种情况，即电子有有限的机会穿过经典禁止的区域。
伽莫夫使用量子规则进行了一次快速计算，并在一夜之间解决了阿尔法衰变问题，第二天与匈牙利物理学家尤金·维格纳分享了他的结果。后来，伽莫夫了解到普林斯顿物理学家罗纳德·古尼和爱德华·康登独立开发了一种类似的解决方案。此后，核物理学取得了巨大的进步。伽莫夫的公式也对单个核子（质子和中子）之间的碰撞做出了预测，这对于理解聚变循环如何在充满活力的恒星内核中将氢转化为氦，并在过程中产生热和光至关重要。
然而，化学元素的累积有一个瓶颈，这需要霍伊尔的见解才能帮助解开。自然界没有提供一种简单的方法来制造碳-12同位素和其之上的元素。大爆炸核合成——伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼为解释元素的形成而开发的方案——没有维持足够长的高温来克服铍-8的不稳定性，这是通向碳-12的阶梯上的一个横档。铍-8衰变速度极快，只有极小的机会与氦-4结合形成碳-12（在数学上，这是制造该同位素最简单的方法），除非条件比大爆炸所能提供的有利得多。
因为不支持大爆炸，霍伊尔并不认为化学元素（也许除了氦）是在早期宇宙中锻造的。相反，他在1946年巧妙地设计了一种替代方法。当恒星耗尽其主要的燃料来源时——通过聚变过程将氢转化为氦——它们的内核收缩并变得越来越热。如此巨大的温度为元素的创造提供了完美的环境。此外，如果恒星的质量足够大，那么在恒星生命周期结束时的突然收缩会伴随着超新星爆炸，将锻造的元素喷射到太空。简而言之，霍伊尔的方案巧妙地解释了我们在地球上看到的元素的制造和分布。
霍伊尔的另一个惊人的见解解释了如何克服铍-8瓶颈。他推测，碳-12拥有一个量子能级，该能级与铍-8与氦-4结合的能级很好地匹配，使得在极高温度下的转变足够可能，可以在收缩的内核中发生。当加州理工学院凯洛格辐射实验室的一组实验人员验证了自然界中确实存在这种碳-12激发态时，霍伊尔的直觉得到了极好的证实。
霍伊尔和伽莫夫所采取的直观方法的缺点是，仅仅是猜测可能会偏离目标。就霍伊尔而言，他喜欢智力上的较量，并且不介意其他人强烈反对他的猜想，只要他们保持开放的辩论态度。因此，在大量证据出现后，他仍然坚持稳态模型的变体，这些证据始于1960年代中期发现的弥漫宇宙的微弱的辐射余辉，指向了一个炽热的大爆炸。
此外，在他生命的最后几十年里，他出版了大量书籍和文章，在远远超出他专业领域的领域中提出了边缘观点。例如，他提出地球上的许多疾病起源于外星，并且伦敦博物馆中一块著名的、公认的化石是假的——但没有提供任何可信的证据来支持任何一种观点。伽莫夫并没有以同样的方式冒险。然而，他经常用一连串的推测性想法轰炸他的同事，例如爱德华·泰勒，他们在1930年代后期在乔治华盛顿大学一起工作期间。其中大多数想法都没有得到发展。
简而言之，同样的那种直观方法，既引导霍伊尔和伽莫夫各自提出推动科学理解的建议，也引导他们走向许多没有结果的直觉。霍伊尔，比伽莫夫更甚，众所周知，他会过分地坚持这些想法。伽莫夫会简单地转向其他主题和计划。今天，由于许多科学事业规模更大，也更加谨慎，这种特立独行者的作用大大减少了。尽管如此，我们仍然可以为过去像霍伊尔和伽莫夫这样的特立独行者的胆识而举杯，因为随之而来的进步飞跃。
这是一篇观点和分析文章，作者或多位作者的观点不一定代表《大众科学》的观点。