宇宙是如何誕生的？主流科學告訴我們，宇宙是在大約138億年前，從一個極熱、致密的狀態爆炸形成的。隨著這個火球一樣的宇宙不斷擴張，它冷卻了下來，首先形成了原子，然後形成恒星和星係，最後它的一小部分轉變成地球以及包括你我在內的所有地球居民。
這就是大爆炸理論，它首先於20世紀20年代成形，盡管它未被立即廣泛地接受。20世紀中葉的數十年裏，一種名為“穩態模型”的理論對它構成了嚴峻的挑戰。這種替代性的宇宙論於20世紀40年代被提出，並且提出了迥異的宇宙起源說—認為宇宙沒有開端，宇宙大爆炸從未發生。事實上，穩態說的支持者主張：科學的一個最基本的原則令宇宙大爆炸不可能發生。
然而，他們倒並未提出，缺少開端意味著宇宙的誕生本身就從未發生。正相反，他們主張—這是該理論最古怪的部分—宇宙的誕生一直在持續。他們想象在太空邊界，物質持續從虛無中產生。這種新生物質具體是何種形式並不清楚。該理論的提出者猜測，它可能是彌散的氫原子，從虛無中冒出來。盡管他們之中還有個人異想天開地提出，它甚至有可能是自然產生的肥皂塊，但他們主張，不管新物質屬於何種形式，宇宙永無止境地以這種方式更新自身—如果可能的話—就跟一個人通過永無止境地獲得新生的健康細胞而永生一樣。
翻開任何一本科學教科書，你都找不到任何關於彌散的原子，或者從虛無中冒出肥皂塊的內容。現代科學絕不會相信這樣的現象可能存在，說它更像魔法還差不多。那麽，穩態理論的提出者們是如何說服他們自己相信，這種所謂持續誕生的想法有可能是真的呢？為便於理解，讓我們退一步，先來看看大爆炸理論的產生，因為彼理論的出現正源於此。
大爆炸理論的靈感來源於觀測證據。20世紀20年代，在美國加州的威爾遜山天文台，天文學家愛德文·哈勃[5]運用剛安裝好的大型天文望遠鏡，發現可見宇宙中幾乎所有星係都在快速地遠離彼此，就好像在向外逃逸一樣。這使他得出結論：宇宙一定正在膨脹。
這一發現反過來很快讓比利時物理學家（同時也是羅馬天主教神父）喬治·勒梅特[6]推測：如果宇宙在不斷變大，那麽在過去它一定相對較小，而且小得多。他推測，如果令時間倒退得足夠久遠，你最終會抵達一個原初時刻，那時宇宙中所有的物質都被壓縮在一起，呈一丁點大的單個物質，他稱之為“原始原子”。他主張，宇宙中存在的一切，肯定都來自這一源頭。此解釋深具說服力，令大爆炸理論很快成為關於宇宙起源的主要科學理論。
穩態理論在此之後發展起來，但它的靈感來源於更抽象、更具哲學意味的思考。它是三位劍橋研究者：赫爾曼·邦迪[7]、托馬斯·戈爾德[8]和弗雷德·霍伊爾[9]思想的產物。邦迪和戈爾德都是逃離了納粹德國、客居奧地利的流亡者，霍伊爾則是英國約克郡人。二戰期間，英國軍隊為發揮他們的科學才智，安排他們研究雷達，其時三人得以相遇。他們在戰後都成了年輕的教授，繼續著這段友誼。
三個人都同意哈勃做出的“宇宙正在膨脹”的發現十分重要，但是他們認為勒梅特的結論肯定不對，因為他們相信，這違背了科學的一個最基本的原則—自然法則是普遍適用的，應當在任何地方及任何時間都一致地發揮作用。他們堅稱這是不能妥協的絕對概念。他們提出警告：如果你開始與這個概念過不去，比如你認為萬有引力定律也許隻在周二有效，周三無效，那麽整個科學大廈都會倒塌，知識將不複存在。
這一原則本身並無爭議。他們說這是科學信念最基本的一部分，這點沒錯。但是，若將它死板地用在宇宙起源這一問題上時，就導致他們得出了驚人的結論，認為物質和能量的產生不可能像勒梅特所想的那樣，是一次性發生的，因為如果宇宙誕生能夠發生一次（它顯然已經發生過一次，因為我們存在），那麽它一定在過去的任何時間都可能發生，未來也隨時都可能發生。宇宙誕生一定是一個持續不斷發生的過程。如果自然法則自始至終恒定不變，那麽又怎麽會有其他解釋呢？
他們批駁勒梅特的理論極不科學，因為它違背了這一原則，未對宇宙誕生的問題加以解釋，使它成了時間之初的一個神秘的一次性事件。邦迪批評道：“將整個宇宙誕生的問題推到過去，是在限製科學，使人們隻能討論宇宙誕生之後的情形，從而阻礙了科學研究宇宙的誕生本身。”
簡而言之，這就是兩種宇宙論模型之間的論爭。大爆炸理論的支持者依據的是使人想到一次性宇宙誕生事件的觀測證據；而穩態理論的擁護者作為回應，援引了一個哲學原則來堅稱宇宙誕生一定是持續不斷發生的。
邦迪、戈爾德和霍伊爾承認，物質在持續不斷地被創造出來的觀點可能會讓許多人感到奇怪，畢竟還有其他需要考慮的科學法則，如能量守恒定律。該定律指出：能量隻能轉變形式，不能被創造或者消滅。因此，物質作為一種形式的能量，不應該憑空產生。
同樣重要的是，絲毫沒有觀測證據能夠為宇宙持續誕生的主張提供支持。科學家從未觀察到此類現象。物理學家赫伯特·丁格爾（Herbert Dingle）氣憤地將這一概念比作利用超自然魔法，將鉛轉化為金子的煉金術信念。然而，“劍橋三人組”依然堅持認為：把宇宙誕生當成持續發生的過程比當成一次性事件要更合理。為支持這一論點，他們仔細地基於宇宙持續誕生的理論，推導出宇宙模型的各項細節，以展示它可能是如何運作的，並由此得出他們的穩態模型。
故事是這樣展開的，三名研究者在看過一部1945年的恐怖電影《死亡之夜》[10]後，想出了他們宏大的替代性宇宙論。電影講述了一個人被困在不斷重複的夢魘中，並且以這個人再次從其噩夢的開頭醒來而結束。這種周而複始循環的敘述結構，使研究者們想到無始無終的宇宙概念。這一聯係或許對大多數人來說並不明顯，但是三個人看完電影之後坐在邦迪的公寓裏共飲的朗姆酒顯然幫他們看出這一類比的合理性。
大爆炸理論中的宇宙，以劇烈的爆炸為開端，並隨著時間推移，經曆了急劇的變化；與此相反的是，他們的穩態宇宙一直處於平靜和安寧的狀態。它提供了一幅令人安心的圖景：在足夠大的範圍內，宇宙過去一向並且未來也將一直保持穩定。
邦迪在1950年出版的宇宙論教科書中解釋道：“‘穩態’這個詞用來形容一直在廣大範圍內維持原樣的宇宙。”他將其與一條河流相比擬，河中的水在向下遊流動時持續變化著，但是日複一日，河流整體上是恒定不變的，它流動的速率是穩定的；與此相似，穩態宇宙一直會在小範圍內發生變化，但是其整體始終保持一致。
維持這種穩態的關鍵在於物質的持續產生。如果現存的物質就是一切，不會再有新物質產生，那麽隨著恒星燃盡所有可用的燃料而變暗，宇宙最終會步入冰冷的死亡，但是如果物質持續產生的話，它們就會提供無盡的燃料，即使在衰老的恒星燃盡之後，仍然能夠有新生的恒星形成。
根據他們的計算，維持宇宙運轉甚至不需要用到很多的物質，而且這一需求量小到一個人可能永遠無法觀察到它在發生，也不會有任何已知的實驗能探測到它。以提供簡單樸素的解釋而著稱的霍伊爾是這樣描述的：“每十億年裏，在相當於一品脫容量的牛奶瓶大小的範圍內，大約會產生一個原子。”（前文中，那個半開玩笑地聲稱物質有可能以肥皂塊的形式出現的也是霍伊爾。）
至於規定了物質不可能憑空產生的物質守恒定律所涉及的問題，霍伊爾辯稱：“事實上，宇宙的持續誕生，有可能是在不違反此定律的情況下發生的，而實現它的關鍵就是‘負能量’。”霍伊爾假設全宇宙範圍內存在負能量場—他稱之為“創造場”。他說，任何的擾動都會令該場的體積增加，隨後就會觸發了等量的正能量（即物質）產生。同時產生的正負能量相互抵消，令宇宙中能量的總和保持恒定。
批評家們將這種解釋駁斥為“數學把戲”，但霍伊爾回應道，即使如此，它也能說得通，因為能量守恒定律僅要求能量總量保持不變。有多少正負能量產生根本無關緊要，隻要總量維持平衡，那麽能量守恒定律就沒有被違反。
物質的生成還起到了另一個作用。隨著物質形成，創造場會擴張，而且因為其能量是負的，它有一種反引力的效應，造成宇宙膨脹。這與哈勃早期的觀測相符，宇宙膨脹本身就會起到某種清除宇宙垃圾的作用。衰老的恒星和星係被向外推，推出可觀測宇宙的邊界，使新生的恒星和星係得以取代它們的位置。由此，穩態係統的各部分一起運作，如同順暢運轉的機械裝置一樣，永遠不斷地運行著，無始亦無終。
1948年，“劍橋三人組”發表了他們的新宇宙論的細節，以兩篇文章的形式展現：一篇由邦迪和戈爾德合寫，另一篇單獨由霍伊爾所寫。隨後，他們開始推廣自己的理論。在推廣過程中，霍伊爾意外地為大爆炸理論定了名，也算是曆史上的一樁不大的奇事。在那之前，勒梅特的理論通常被冠以“演化宇宙論”模型的名字，但在1949年英國廣播公司（BBC）的一次廣播講座中，霍伊爾語氣略帶不屑地將之描述為物質“在久遠的過去一個特定時刻的一次大爆炸中”被創造出來的觀點，而這個說法就這樣被沿襲了下來。
一段時間裏，穩態理論獲得了不少人的追隨，特別是在英國研究者群體中。科學史學家曾記錄，該理論讓整個宇宙保持不變、穩定、平靜，似乎對熱愛傳統和穩定性的英國人很有吸引力。霍伊爾同時也是一位實力卓著、頗具影響力的成功人士。在20世紀50年代，他所領導的一支團隊研究出了恒星核合成的原理—太陽內的氫和氦是如何形成諸如碳和鐵等元素的。這一發現被認為是“20世紀天體物理學界最出色的成就之一”。
然而，最終令該理論退出曆史舞台的是觀測證據。這些觀測證據一向更符合大爆炸理論。隨著天文學家繼續探索宇宙，他們發現宇宙與穩態模型的預測並不相符。
20世紀50年代，天文學家開始使用射電望遠鏡的新技術來探索宇宙最遙遠之處—也是最古老的區域—他們發現，那些區域的星係比更“年輕”區域的星係聚得更緊密。這直接與穩態理論所預測的—宇宙應該總是和它的現在有一致的樣貌（因此也應有同樣的密度）相違背。
然而，真正的致命一擊來自1965年，宇宙微波背景輻射的發現。這是一種微弱的電磁輻射，充斥著宇宙中的每個角落。大爆炸理論家們曾精確地預測這樣的現象，是早期宇宙極熱的初始狀態遺留下來的輻射。另一方麵，穩態理論的支持者卻落得措手不及，他們並沒有理論可以拿出來解釋為什麽會存在宇宙微波背景輻射。
就大多數科學家看來，這些觀測證據放在一起，使天平決定性地傾向了大爆炸理論一方。它們清晰地表明宇宙肯定曾有一個開端。其結果是，穩態理論的支持者迅速減少，到20世紀70年代，大爆炸理論已經被接受成為宇宙論的標準模型。
20世紀90年代，不認輸的霍伊爾試圖為穩態理論拚湊一次重回曆史舞台的機會。他與天體物理學家賈揚特·納利卡和傑弗裏·伯比奇[11]合作，一起提出了他們稱為準穩態宇宙論的理論。
在這一新版本中，他們承認，觀測證據的確表明大約在140億年前，某種重大、宇宙規模的事件曾經發生，但他們辯稱：這一事件並不一定是宇宙的起源；相反，他們提出宇宙經曆過500億年收縮和膨脹的無限循環。他們倒並未想象宇宙一直收縮到勒梅特的原始原子那麽大。他們聲稱，在最近的一次收縮中，宇宙仍維持足夠大小，使所有星係都保持完整。這就將他們的觀念與大爆炸理論的一些模型—它們構想宇宙曆經坍縮和重生的循環—區分開了。但他們宣稱，宇宙收縮到足以令上次收縮期結束，和當前膨脹期的開端看起來如同大爆炸。這就令所有作為大爆炸證據被引用的觀測，能夠在宇宙持續誕生的框架內，被重新加以解讀了。
對大多數天文學家來說，這一新模型看起來不過是為挽救失敗理論而做的絕望嚐試罷了。對此，他們大都采取了無視的態度。當然，這也絲毫沒有影響大爆炸理論的流行。遺憾的是，霍伊爾於2001年去世，穩態模型失去了最強有力和最著名的宣揚者。
縱觀這段曆史，將穩態理論看作一次雄心勃勃卻誤入歧途的、試圖基於哲學原則而非觀測證據找出宇宙論模型的嚐試而棄之不顧的行為似乎輕而易舉。當然，它注定失敗，但重要的是，實際上該理論的確提出一個合理的問題：物質和能量的產生到底是怎樣發生的？物質是如何憑空出現的？如果物質在整個外太空隨機產生是錯誤答案，那麽正確答案是什麽？大爆炸理論對該現象的解釋又是什麽呢？
直到20世紀70年代，大爆炸理論支持者中，占主導地位的學派單純地將宇宙誕生當成了一個越限話題。其證據也強有力地表明：一次單獨的宇宙誕生事件曾發生過，但是沒有線索說明它為何發生或什麽引發了它，因此去猜想它的原理似乎並無意義。但當大爆炸理論被奉為正統觀念，忽視宇宙誕生的問題已開始讓人無法滿足。正如科學史學家約翰·漢茲所說，它開始變得像現代宇宙學房間裏的大象[12]一樣。許多科學家感到有必要給出某種解釋。
當然，我們一向可以拿上帝來作為一切的答案。也許某位神祇打了個響指，開始了創造。這個解釋看似與大爆炸理論奇怪地相容，這一點並沒有逃過大爆炸反對者的眼睛，也沒逃過教皇庇護十二世[13]的注意，後者於1951年稱讚了大爆炸理論，稱其為宇宙有一位造物主提供了科學證明。隨著時間流逝，許多大爆炸理論堅定的無神論批評者指責該理論不過是迷信的人偷偷把神學混進科學的工具罷了。他們指出：勒梅特既是物理學家，又是一名神父。
大爆炸理論的支持者憤怒地否認這一指控，並提出他們許多人也是無神論者。無論如何，他們並不想為宇宙誕生的謎題找一個宗教性的答案；他們想要一個真正的科學答案。但是，當他們沉思於如何在大爆炸背景下解釋宇宙誕生的時候，他們遇到的問題在於，由穩態理論支持者提出的批評，其實是對的。迄今為止，隻發生過一次宇宙誕生的確非常奇怪。自然界的基本力—如引力和電磁力—都是持續存在的。它們不會被開啟或被關閉。因此，為什麽某種力會讓宇宙誕生隻發生一次，隨後卻禁止它再次發生了呢？
這就是謎題所在，這個邏輯引導人們得出了一個看似矛盾卻可能的答案：如果宇宙誕生不可能發生在我們的宇宙，那它曾必然發生在其他地方。這盡管聽起來非常古怪，但我們的宇宙外一定還有宇宙，宇宙誕生肯定曾經（有可能目前仍在）以某種方式，在我們視野外的其他地方發生。
這一解釋要求我們重新定義“宇宙”這個詞。傳統上，該詞指的是存在的一切，但現在它被給予了一個有限的含義。我們用“全宇宙”來指代一切時空。而“宇宙”則被重新定義，以表示大爆炸所創造的一切。這暗示了形成我們這個宇宙誕生事件的外部，可能還存在著廣大的區域。事實上，也許在我們居住的這個宇宙之外，還存在許多個其他的宇宙。
自20世紀70年代起，大多數主流宇宙學家都采納了這一答案的某種變體。它是對勒梅特最初提出的大爆炸模型的重大修改，原模型宣稱它描述了所有一切事物的誕生。而新大爆炸理論僅僅描述了我們這個宇宙誕生於此前存在的某種形態的情形。然而，關於這種形態可能是什麽並無共識。或許是一種量子真空，其中隨機的能量波動偶爾產生新的宇宙。也許是一種五維超空間，裏麵存在著飄浮的能量膜，每次它們相撞時會孕育新的宇宙。又或者（這是目前最流行的觀念）是一個“多元宇宙”，裏麵充斥著迅速膨脹的負能量場，從這裏持續不斷地形成新的宇宙，這個過程就像水蒸氣冷凝成水滴一樣。
但是想想這些猜想意味著什麽吧。它們暗示了，如果大爆炸的確曾發生過，那麽全宇宙肯定是一個非常奇怪、我們所知甚少的地方，比我們的宇宙要廣大得多，而且特性也與我們的宇宙極為不同。相對地，如果大爆炸從未發生，那麽正如穩態理論所設想的那樣，無論何時何處，我們所見到的宇宙的樣子，應與全宇宙實際的樣子差不多。
從這個角度來看，穩態理論就成了一個極為保守的理論。它接受了一點點的奇怪之處（在我們的宇宙中，物質持續不斷地產生），來使總體達成大規模的常態，使我們的宇宙仍作為全宇宙存在。另一方麵，大爆炸理論否定了奇怪的宇宙持續誕生的概念，但結果是，它的支持者最終將宇宙誕生的發生地，推到了我們的宇宙之外。他們把我們的宇宙重新想象成了一個大得多的整體的一小部分—某種泡泡宇宙，在某種無限而陌生的太空中飄浮，四周圍繞著其他的泡泡宇宙。
這就是具有反諷意味的穩態模型。它提出物質雜亂無章地到處生成的概念，被看作一個非正統的、奇怪的理論，但其宇宙模型可能比當前大爆炸理論的支持者們所想的要保守得多。所以說，到底哪個才算是更奇怪的理論呢？也許真實情況是，解決宇宙誕生的問題並沒有不奇怪的法子。解開這一謎團的所有努力都會引向一些非常古怪的結果吧。