圖13-1 約裡奧居裡夫婦
1932年，《自然》雜誌上刊登了一篇文章，叫做《中子可能存在》，作者是查德威克。遠在法國的約裡奧-居裡夫婦（圖13-1）兩口子看到這篇文章，估計會懊惱不已，因為查德威克做的實驗，就是他倆以前做過的「石蠟實驗」的翻版：用「鈹射線」照射石蠟，會從中敲出質子。他倆覺得這是稀鬆平常的事情，不值得注意，白白放過了一個重要成就。居裡家族是個聲名顯赫的家族，老一代皮埃爾·居裡和瑪麗·居裡是科學界的有名的夫妻諾貝爾獎獲得者，他們的女兒依琳和約裡奧結婚以後，把兩家的姓氏合在一起，姓「約裡奧-居裡」。居裡家族都是實驗物理學家，做實驗的本事堪稱一絕，經常一不留神就觸動其他科學家做出重大貢獻。
查德威克就是受益於約裡奧-居裡夫婦，一看到約裡奧-居裡夫婦發表的論文，兩眼開始發出異樣的光芒。這種中性射線，正是他尋找多時的東西——「中子」。假如原子核是質子組成的，那麼為什麼正電荷與原子核的質量並不成正比呢？必定是有某種質量和質子不相上下，但是卻有不帶電的粒子摻和在裡面。查德威克在約裡奧-居裡夫婦實驗的基礎上更進一步研究，果然發現了中子。查德威克獲得了1935年的諾貝爾物理學獎，有人提議應該要捎帶上約裡奧-居裡夫婦，三人分享。評審委員會主席一錘定音，查德威克獨享，約裡奧-居裡夫婦沒份兒。同年，約裡奧-居裡夫婦獲得了諾貝爾化學獎，表彰他們在人工放射性元素方面的成就。個中緣由，你懂的。
圖13-2 巴德（左）和茲威基（右）
1934年，在美國工作的茲威基和巴德（圖13-2）討論了超新星爆發的問題。兩個人一直對超新星爆發特別感興趣，他們始終搞不清楚那麼大的爆發，能量是從哪裡來的？一顆普普通通的恆星，怎麼會突然亮到白天都可以看到？公元1054年，中國天文學家就記錄到突然出現一顆「客星」，在二十三天的時間裡白天可見，之後二十二個月裡，夜間還可以看到，然後才隱匿不見了。這是一條非常可信的記錄，人類歷史上肉眼可見的這種超新星現象，不過才六次而已。正巧查德威克發現了中子，茲維基毫不客氣地把中子納入到了自己的構想之中，他在猜想這一場大爆炸以後，到底會剩下什麼。這一年，巴德和茲威基在《物理評論》上發表文章，認為超新星爆發可以將一個普通的恆星轉變為中子星，而且指出這個過程可以加速粒子，產生宇宙線。但是，他們並不是第一個想到中子星這個概念的，最先想到的是蘇聯人。
蘇聯科學界也對中子的研究很關注，伊萬年科就提出：原子核是中子和質子構成的。朗道是蘇聯物理學界的天才，放眼世界，大約只有泡利的氣焰比他囂張。他早就預言：會存在一種天體，由「密度與原子核相當」的物質構成，朗道認為這種物質是可以扛住引力穩定的存在。當時他的想法是很難推銷出去的，因為天文界沒看見過這種玩意，物理學界也對此不感冒，所以關注的人不多。
朗道聲稱每個恆星中心都有一個「中心核子」，他把天體想像成大號原子了。朗道設想：天體中心存在著「違反量子力學的病態區域」，可以把質子和電子擰在一起，表現就像是一個粒子。為了擴大宣傳效果，朗道扯開嗓門大喊，他這個理論可以解決「恆星塌縮」和「恆星能源」兩大問題。現在看來，朗道所說的「密度與原子核相當」的物質就是中子，中子的確可以通過硬把電子壓進質子生成出來，但是壓力必須大得驚人才行。他所說的恆星內部都有「中心核子」並不靠譜，現在我們發現某些超級「虛胖」的紅巨星內部的確可能有個中子星的核，但是太陽大小的恆星顯然沒這種可能，「違反量子力學的病態區域」顯然也是誇張之詞，天才的朗道心裡也未必不清楚。炒作從來不是網絡時代的專利，科學家也是有七情六慾的人，你懂的。況且，蘇聯的國內形勢不妙，自己名氣越大，頭頂上光環越多，那麼自己也就越安全。他的論文寄給了玻爾，希望玻爾推薦投稿給《自然》雜誌。玻爾與他心有靈犀，當天就回了信，蘇聯國內的《消息報》盛讚了朗道的成就，朗道的光環果然多了一層，這能保護他多久？其實也頂不了幾年。
朗道首先涉及了「中子星」的問題，但是當時這並不是大家關注的重點。幾十年後，中子星被發現，宇宙中的確存在這麼奇怪的天體，朗道的設想得到了證實。當然，歷史也不會忘記另外一個人，那就是錢德拉塞卡。七十三歲的錢德拉塞卡終於獲得了諾貝爾物理學獎，表彰他在物理學上的貢獻。白矮星的確並非是所有恆星的歸宿，大於1.44個太陽質量的白矮星根本堅持不住，會繼續塌縮下去，一般來講會變成中子星，中子星正是朗道最先描述和預言的，依靠中子簡併力而存在。中子星的密度大得驚人，達到了每立方厘米八千萬噸到二十億噸左右，在宇宙中是密度最大的天體之一，芝麻粒大小的物質，就超過了地球上所有船舶的運輸能力，可見密度有多大。
中子簡並也不是無限大的，也有扛不住的極限。而中子星的質量上限在哪裡呢？這引起了一個美國人的注意，這個年輕人叫奧本海默，他來到歐洲求學，畢竟那時候歐洲的物理學水平高於美國。他一開始找英國劍橋大學卡文迪許實驗室的盧瑟福，但是盧瑟福沒收他，後來盧瑟福的老師湯姆遜倒是把他收下了。彼時湯姆遜年事已高，而且社會活動極多，還是把奧本海默推給了盧瑟福去帶。盧瑟福學生一大堆，照顧不過來，讓奧本海默的大師兄布萊克特帶著他，布萊克特與奧本海默關係不睦，鬧得水火不容。後來奧本海默發現，還是理論物理更適合他，正好可以擺脫煩惱的人際關係。於是他離開英國的劍橋大學，去了德國量子物理的重鎮哥廷根大學，拜到玻恩老師的門下。僅僅一年，奧本海默就拿到了博士學位，可見他也是個天才，找對了方向就能閃出耀眼的光芒。奧本海默一輩子沒拿過諾貝爾獎，但是他的水平絕不比許多諾獎獲得者差。一個人的學術水平一般來講是他周圍圈子的平均值，前面所述，奧本海默碰到的人全是諾獎獲得者，包括跟他不睦的大師兄布萊克特，環境對人的影響不容小視。
奧本海默用廣義相對論計算一個不轉動的球體引力場，然後再計算中子的物態方程，計算出了一個極限——中子星的質量上限，不超過0.75個太陽質量，這個結果當然是不對的。目前看來，奧本海默極限還不是很確定，一般取1.5-3倍太陽質量。有人認為也許存在比中子星更加緻密的「夸克星」，不過一般認為，超過奧本海默極限，將沒有任何力量能扛住引力，只有一直塌縮下去。
那時候的歐洲是理論物理學水平最高的地方，量子領域以哥本哈根理論物理研究所名氣最大，玻爾老師為大批青年科學家提供了優越的工作交流環境。哥廷根大學也能與之分庭抗禮，玻恩老師手下也有很多精兵強將。此外還有德國的慕尼黑、荷蘭的萊頓、奧地利的維也納、瑞士的蘇黎世、意大利的羅馬等等一系列學術中心，歐洲大陸之外就只有英國可以並駕齊驅。歐洲是個令人嚮往的聖地。美國人奧本海默來了，蘇聯人卡皮查、朗道、伽莫夫來了，印度人拉馬努金、拉曼、錢德拉塞卡來了，日本的長岡半太郎和仁科芳雄也來了，中國留學法德的不計其數，有一位長相敦厚的革命家在哥廷根盤桓了許久，他叫朱德。
朗道，伽莫夫，伊萬年科號稱「三劍客」，是蘇聯物理學界的新星。二十來歲的朗道顯示出日後一代宗師的風範，但是二十世紀的三十年代初期是暗流湧動的年代，整個世界政局動盪，說到底還是經濟危機給鬧的。
圖13-3 一戰的下士希特勒與一戰的元帥興登堡
1933年，那個矮個子的「衛生胡」，一戰之中深受毒氣傷害而倖存下來的傳令兵希特勒（圖13-3）早已今非昔比。他在老總統興登堡的欽點之下，一躍成為德國總理，納粹勢力已經開始掌權。到了1934年，蘇聯國內也不太平，斯大林開始了大清洗，五位元帥，他槍斃了三位，被捕被殺的人不計其數。伽莫夫倒是嗅覺靈敏，提前一年就開溜，藉著出國訪問的機會，一去不回頭了。他1933年在巴黎的居裡研究所工作，1934年去了美國。伽莫夫和朗道都在歐洲求學多年，與歐洲的各大科學機構都有聯繫，他們都在玻爾的哥本哈根理論物理研究所深造過，別看時間不長，朗道後來倒是很願意稱自己是玻爾的學生。
1938年4月，一輛小轎車停在朗道家門口，幾個肅反人員帶走了朗道，朗道的助手也被逮捕了。他的頂頭上司——著名物理學家卡皮查當天就寫信給斯大林，說二十九歲的朗道是天才的理論物理學家，任何人都無法代替，他年輕氣盛，一定是有人陷害他。卡皮查後來求爺爺告奶奶，斯大林身邊的人物他求了個遍，給貝利亞寫信，給莫洛托夫寫信。恰好這時候發現了液氦的「超流」現象，卡皮查寫信給莫洛托夫，說超流這種現象非常奇怪，非要朗道這種天才才能研究出來。國外的玻爾也寫信給斯大林求情。最後折騰了一年，朗道幸運地被放出來了，人已經十分憔悴。卡皮查以闔家性命擔保朗道，朗道也感激卡皮查的救命之恩。當然，大清洗的高潮早已經過去，1938年已經接近尾聲了，如果是在最嚴酷的年代，朗道可能要麻煩得多。後來朗道的聲望如日中天，蘇聯國內該拿的榮譽一個都沒少，出版文集的時候。他把與伊萬年科合作的五篇全都刪掉了，對伊萬年科十分輕蔑。為什麼？難道是與當年的牢獄之災有關？你猜吧，天知道！伽莫夫因為一去不回，被蘇聯科學界除名，「三劍客」早已分道揚鑣。
蘇聯這邊一場大風暴剛剛趨於平靜，德國那邊又起波瀾。1938年11月9日，爆發了歷史上臭名昭著的排猶事件，一大批人湧上大街，凡是猶太人的窗子全部被砸掉，猶太人的財產全部被打砸搶。一整夜，玻璃碎裂的聲音和大火的「辟啪」聲不絕於耳，其間還夾雜著婦女兒童的哀鳴。事情的起因是一名猶太人在德國駐巴黎大使館打死了使館秘書，希特勒趁此機會藉機發難。戈培爾陰險地宣稱：夜裡會發生不測事件。果然，這天夜裡，一幫暴徒們衝上街頭打砸店舖，把猶太人的產業盡數砸光。一時間，許多建築被點燃，濃煙滾滾，烈焰飛騰，約二百六十七間猶太教堂、超過七千間猶太商店、二十九間百貨公司遭到縱火或損毀，奧地利也有九十四間猶太教堂遭到破壞。11月10號清晨，大街上滿是碎掉的玻璃，在旭日照耀下格外刺眼。這一夜被稱為「水晶之夜」，猶太人大禍臨頭。
愛因斯坦早就看到苗頭不對，1933年納粹一上台，他就宣佈不再回德國。沒多久，他的家產房子就被查抄。許多德國科學家都對納粹沒啥好感，比如普朗克就是如此，希爾伯特也不喜歡納粹，但是納粹狂熱在知識分子中間也一樣不能避免。1933年秋天，有九百六十位教授在著名的存在主義哲學家海德格爾、藝術史學家平德爾、醫學家沙爾勃魯赫教授這些學界名流的帶領下，公開宣誓支持希特勒與納粹政權。後起之秀、大物理學家海森堡也擁護納粹，為納粹工作，後來他和其他擁護納粹的物理學家一起參與了製造原子彈。
自那之後，德國猶太人一天比一天慘。1939年，德國併吞了整個捷克斯洛伐克，緊接著就突襲波蘭，第二次世界大戰開始了。僅僅一個月，波蘭亡國，速度快得讓人吃驚。德國開始橫掃西歐，下一步是打丹麥和挪威，然後集中力量對付法國、比利時、荷蘭。一年的時間，整個西歐盡入希特勒的囊中。潮水般的歐洲猶太人湧向英國美國，其中很多人是科學家、文學家、藝術家。歐洲大陸作為世界文化與思想的中心斷崖式跌落谷底，大批優秀人才開始往新大陸遷移。
丹麥被佔領，玻爾就陷入了險境。因為很多歐洲的猶太人學者都是通過玻爾的途徑離開德國的。氫彈之父愛德華·泰勒是匈牙利猶太人，本來在海森堡手下工作，納粹一上台，他就在猶太人援助委員會的幫助下離開了德國，在英國待了一陣子就到了哥本哈根玻爾那裡，兩年以後，去了美國。好多人都是拿玻爾那裡當做中轉站的，海森堡與他有師生情誼，自然還能有些關照。彼時海森堡已經是希姆萊手下的紅人，時常穿著黨衛軍服招搖過市。他去見過一次玻爾，但是已經話不投機，這兩位偉大的量子力學開創者，曾經親密的師生變成了陌路人。
圖13-4 據說搭載玻爾的蚊式輕型轟炸機
因為玻爾幫助大批猶太人逃了出去，免於被送進毒氣室，即便有海森堡關照，納粹也不能放過玻爾。形勢越來越危險，1943年，在抵抗組織的幫助下，他先是逃到了瑞典，瑞典是中立國，跟英國還有秘密的來往。後來玻爾再次出逃，據說是一架蚊式輕型轟炸機（圖13-4）帶著玻爾飛到了英國。途中他還暈過去了，因為他沒帶氧氣面罩。還有種說法是他是藏在炸彈倉裡飛去英國的，假如飛行員不小心按錯按鈕，他就有被當炸彈扔出去的危險。
玻爾後來和查德威克一起去了美國，給原子彈工程當顧問，直接參與了原子彈工程。愛因斯坦也是美國政府的顧問，不過他這種自由奔放無拘無束的人是不適合參與一項龐大的工程的。負責這個工程的首席科學家，正是奧本海默，這個傢伙既有科學水平，又有團隊管理能力，是個不可多得的複合型人才。
愛因斯坦落腳在了普林斯頓，同去的還有馮諾依曼、圖靈、哥德爾等一系列的頂尖學術大師。愛因斯坦最喜歡和小他二十七歲的哥德爾邊走邊談，散步回家。我們可以想像，兩位大師站立在夕陽中的背影，那真是一道絕美的風景。哥德爾是數學界的一個里程碑，他的「哥德爾不完備定理」貢獻不僅僅震動了數學界，也讓哲學界吃不消。後來哥德爾相應愛因斯坦的號召，開始研究廣義相對論，得出了一個奇葩的結論叫做「閉合類時線」，通俗點講，就是「時光機」。由此引出了一個出名的邏輯問題叫做「外祖母悖論」。無數物理學家們想盡辦法阻止這東西出現，可是這東西時不時就能冒出來，科幻作家們倒是開心得不得了，時光機是他們的最愛嘛。
愛因斯坦的餘生就在普林斯頓度過，到美國以後的主要論文都是與助手一起合作的。他與助手搞出了好幾項成就，比如愛因斯坦-羅森橋，引力波以及EPR問題。愛因斯坦-羅森橋可以認為是第一次發現了時空穿越的可能性，但是這個途徑是堵死的。引力波倒是實實在在的成就，情節大翻轉也頗有戲劇性。至於EPR問題，則是隔著大西洋與玻爾打筆墨官司。薛定諤看到論文以後不由得倒吸一口涼氣，一個詞脫口而出——「量子糾纏」。老愛這幾個成就雖然比不上年輕時的鋒芒與銳氣，倒也還是顯示出薑是老的辣。即便是反對玻爾，也能體現出超一流的水準，犯錯誤都能犯得瀟灑帥氣。
愛因斯坦經常去海邊度假。這一天，有幾個不速之客來訪，他們都是來自匈牙利的猶太人，為首的是西拉德（圖13-5）。1938年是核物理的關鍵年，西拉德就是首先發現核裂變鏈式反應的人之一，一個書齋裡的科學成就，迅速就體現出巨大的軍事價值，製造原子彈從原理上講是可行的。
圖13-5 愛因斯坦和西拉德
他們到了美國以後，想來想去坐立不安，海森堡可是瞭解一切的，偏偏他投了納粹。他們急匆匆給愛因斯坦送來了一封信，希望他簽名。愛因斯坦看了一眼，主要的意思是提醒羅斯福總統要關注原子彈。愛因斯坦沒有猶豫，抬手就簽上了自己的名字。這封信後來促成了美國的原子彈工程，前來拜訪的這幾個人後來都參與了核武器的研製。進門拜訪愛因斯坦的不算是最狠的角色，開車帶他們來的那位才是真正的狠角色，他就是氫彈之父愛德華·泰勒。
圖13-6 阿拉莫戈多的核試驗
原子彈工程極大地促進了核物理的發展，科學界從此進入了大工程時代。你想憑著在自己的實驗室裡鼓搗出世界級的成就，看來是沒機會了。到了1945年，第一顆原子彈順利地在新墨西哥州的沙漠裡炸響（圖13-6），在場觀看的奧本海默引用印度教經典《薄珈梵歌》中的句子「比一千個太陽還亮」來形容原子彈爆炸的壯觀場景，「日出」被人類搶先了。接下來，兩顆原子彈扔在了日本，天皇宣佈投降，太平洋戰爭結束。
原子彈的巨大威力震驚了世人，美國事後發佈的公告裡有幾句話，在物理學家們聽來顯得意味深長：「這是一枚原子彈，它駕馭的是宇宙間的基本力量，太陽從中獲得能量的那種力量，我們把它釋放出來對付那些在遠東發動戰爭的人……」
宇宙間的基本力量？在伽莫夫聽起來別有一番滋味。早年在蘇聯紅十月炮兵學校當過上校教官的經歷使他無緣參與機密的原子彈工程，但是他對核物理非常關心。早在1928年，他就研究過原子核的α衰變理論，後來在1936年和泰勒一起搞過β衰變的研究。1938年，他開始轉向天體物理學，研究恆星演化問題和恆星的核能源機制。核爆炸放大到宇宙級別，這不就可以解釋宇宙起源的問題嗎？這是宇宙間的「基本能量」啊！1948年伽莫夫發表了《宇宙的演化》和《化學元素的起源》等文章，提到了一個核火球的模型：宇宙的早期是一個溫度非常高的狀態，這個原始的核火球「砰」地一下炸開，不斷地膨脹，從而形成我們今天見到的這個宇宙。
看起來，伽莫夫的理論和我們前文提到過的弗裡德曼和勒梅特的理論很像對吧？道理很簡單，伽莫夫曾經是弗裡德曼的學生，老師的東西，學生當然很熟悉。勒梅特神父得知伽莫夫提出的火球模型以後，也非常支持伽莫夫。如果說，宇宙演化在弗裡德曼和勒梅特手裡還只是個初步數學模型，還只不過是方程式的一組奇怪的解，那麼到了哈勃觀察到哈勃紅移以後，就已經是擺在科學家面前的一個實實在在的問題了，宇宙演化問題將無可迴避。宇宙到底是如何演化的？在伽莫夫的努力下，弗裡德曼和勒梅特單薄的理論開始變得豐滿起來。
伽莫夫做了幾個預言，首先是宇宙元素組成的問題。現在宇宙中的大部分元素都是氫和氦，別的元素只佔個零頭都不到，為什麼氫和氦這麼多呢？氫和氦的比例為什麼是現在這個樣子呢？按照伽莫夫的理論，都能做出比較合理的解釋，一個理論僅僅能解釋看到的問題，那是不能使人信服的。因此伽莫夫提出了一個預言：那一場爆炸在經過那麼多年以後，還會剩下略微的餘熱，溫度不會降低到絕對零度。按照熱力學原理，高於絕對零度的物質都會發射出電磁波，現在的餘熱應該還剩下那麼一點點的電磁信號。伽莫夫假定宇宙年齡三億年，算出來餘溫應該是50K。當然，他的計算並不算準確，只是個大略的計算。同一年，阿爾弗與赫曼就計算出了餘熱應該是大約5K的溫度，換算成攝氏度是-268℃。後來又有很多人計算這個溫度，但是大家算出來的數值都不是太一致，用大天線來搜尋這個信號，但是也都沒有什麼靠譜的結論。
圖13-7 傳說中的α、β、γ
伽莫夫生性幽默，比較喜歡開玩笑，他在寫《化學元素的起源》這篇文章的時候，玩了個「行為藝術」：他覺得自己的名字發音比較像希臘字母「γ」，合作者阿爾弗的名字比較像希臘字母「α」，他們的同事恰好有一個人名字叫做貝特，他在恆星能源方面做了很大的貢獻，名字發音像希臘字母「β」。伽莫夫拉他入伙打醬油，最後大家署名「α、β、γ」（圖13-7），估計雜誌社編輯嚇一跳，真沒見過這麼署名的。
到了1956年，伽莫夫發表了《膨脹宇宙的物理學》，更加詳細地描述了宇宙從原始的高密度狀態演化和膨脹的整體概貌。他得出結論：「可以認為，各種化學元素的丰度，至少部分是由在膨脹的很早階段，以很高速率發生的熱核反應來決定的。」
伽莫夫的主要側重點是在宇宙中的元素分佈上。我們知道太陽系中最多的物質是氫，其次是氦，這哥兒倆佔了總量的絕大多數。按照質量來計算氫佔了75％，氦佔了23％。因為氦原子比較重，按照質量來計算，氦賬面上稍微好看一點。假如按照原子個數來算，氦比氫差了一個數量級。其他的元素就更加不堪，上百種元素加在一起，也只佔了不到2％。如此懸殊的比例是怎麼造成的呢？隨著對恆星的研究越來越深入，大家已經基本上搞清楚了恆星內部發生著什麼樣的核反應，伽莫夫他們就是搞這個出身的。歸根到底，恆星的能量是氫聚變稱氦的過程中釋放出來的，恆星釋放出來的能量與產生的氦之間有固定的比例關係。
太陽釋放出來多少能量呢？你看看照耀到地面的太陽光就能反推出來。地球接受了太陽光能的二十二億分之一嘛！計算出地球一年接受了多少太陽光的能量並不難，平均下來大約每平方米是1367瓦的功率，黑子比較多的年份浮動大約1％，反推一下就可以知道太陽的總功率，乘以時間就是總能量。太陽在五十億年的時光裡，產生的能量折算成氦產量僅僅佔了總量的5％，太少了。太陽是不是個典型的恆星呢？這話可就兩說了，好在我們可以直接去估算銀河系發出的總能量，大大小小稀奇古怪的天體全算在一起平均化了，應該是很有代表性的。一百億年以來，銀河自打形成到現在，產生的氦只佔了1％，可是宇宙裡面觀察到了23％的氦。那些多餘的氦是從哪裡來的呢？元素的比例成了一個未解之謎。
恆星裡面氫要演化成為氦，需要有一個質子變成中子的過程。氫僅含有一個質子，並沒有中子存在，氦裡面有中子，氫要想變成氦，那就先要弄出中子來才行。那麼只有依靠β衰變，質子扔出一個正電子和一個中微子才能變成中子，兩個氫原子核（質子）變成一個氘核。這個過程是個弱相互作用過程，速度極慢，一顆質子平均要等待109年才能融合成氘，因此我們的太陽燒了那麼多年也沒燒光。氘核和氫核變成一個氦3原子核，氦3原子核再變成普通的氦，這麼多年下來，產生的氦也只有那麼一點點。
因此宇宙中如此之多的氦，必定不是恆星內部生成出來的。伽莫夫他們必須找到一個辦法，能夠迅速產生大量的氦。這樣的相互作用必定不是弱相互作用，而是有其他的來源。宇宙誕生之初的那個核火球倒是一個很好的解釋途徑，伽莫夫他們把整個宇宙當做一個絕熱系來考慮，可以用熱力學來描述。我們通過簡單的熱力學可以知道，絕熱狀態下，你去壓縮氣體的話，氣體溫度會升高。相反，你讓氣體膨脹，溫度會降低，就用這個原理來計算宇宙的變化過程。
我們現在不妨把宇宙當做是個均勻的氣體來對待，這樣就可以反推宇宙的誕生過程。當初宇宙誕生的那一時刻，已經不可考證了，因為那時候已知的物理規律全部完蛋，但是在那之後的一段時間，倒是可以用物理學規律去描述。伽莫夫關注的就是宇宙誕生以後三分鐘的事兒。宇宙隨著體積的膨脹，已經從無窮高的溫度降下來了，溫度大約是十億度，在十億度的高溫下，物質將會是個什麼狀態呢？有沒有人知道呢？當然有人知道，伽莫夫的好友泰勒就在為這事操心，別忘了泰勒正在擔綱領銜為美國研製氫彈，十億度，大概就在氫彈爆炸需要掌握的溫度範圍之內。泰勒固然不能洩密，但是學術交流總能透露出來一點半點。
十億度的高溫之下，並不存在各種元素，僅僅存在質子和中子的混合流體，還有大量的高能光子竄來竄去，質子和中子都要遭受數以億計的光子轟擊。偶爾一個質子和一個中子因為強相互作用而結合成為氘核，也會被高能光子無情地打碎。中微子也在到處亂跑，這玩意可以導致質子和中子之間互相轉換，那個場景就是個分分合合，變來變去的平衡態。這種平衡態，是可以用玻爾茲曼分佈來計算中子與質子的比例的。宇宙仍然在不斷地膨脹，溫度也隨之降低，隨著溫度的降低，一切趨向固化，中微子已經不再起作用了。質子已經沒辦法再變成中子，但是中子還會發生衰變，變成質子，同時釋放出一個電子和一個中微子。中子要是沒有被束縛住，是非常不穩定的，大約一刻鐘時間就衰變了。好在宇宙誕生也不過才三分鐘，那時候中子大量存在，只要中子和質子結合成原子核，就不會再衰變了。多虧那時候保存下了大批的中子，否則我們的宇宙就無法形成那麼豐富的化學元素。考慮到落單中子衰變的因素，最後經過修正計算，算出來大約中子與質子的比例是1:7。氫不含有中子，氦含有中子，通過質子與中子的比例，可以計算出足夠生成多少氦，最終結果大約是1:4的樣子，這與觀測到的數據23％是大差不差的。
質子與中子結合形成氘核是強相互作用，速度很快，從氘核變成氦，也是強相互作用，因此也很快，基本上是瞬間搞定。伽莫夫認為所有元素都是這麼搞出來的，但事實上不是這樣。宇宙最初只產生了幾種穩定的原子核，氫核只不過是個最簡單的質子，複雜一點的是氘：一個質子一個中子。氦是兩個質子兩個中子，還有一定數量的氦3——兩個質子一個中子。氦和氦3組合成了鈹7，這個鈹7不穩定，衰變成了鋰。氦也可以跟氚直接合成鋰。氫、氘、氦、氦3、鋰，這幾種都是穩定的不帶放著性的原子核，一直留存到了今天。大家在享受輕便的鋰電芯帶來的充沛電量的時候，可要知道其中一部分鋰元素是宇宙誕生之初的無償饋贈喲！
溫度降到一億度以下，原子核不再發生變化了，但還是一個充滿高溫等離子體的環境，物質與光子之間還在不斷地起糾葛，光子沒辦法痛快地跑路。現在的太陽核心大約就是這種情形，溫度大約兩千萬度。光子從太陽核心跑到表面，本來兩秒鐘就跑完了，但是一路上遇到高能帶電粒子的不斷糾葛，磕磕碰碰要隨機拐上千億個彎，足足花上五千年的時間才能走到太陽表面，就像穿過擁擠不堪的人群那樣費勁。兩千萬度況且如此，更別提一億度高溫的宇宙初期了。
宇宙繼續膨脹，溫度繼續降低，與那最初三分鐘相比，這個時間就顯得漫長多了。大約三十八萬年之後，宇宙終於清明了，電子與原子核終於可以結合成中性的原子，再也沒人阻擋光子，光子暢快地在宇宙中穿行，隨著宇宙的不斷膨脹，波長也不斷地被拉長。到現在為止，應該還剩下微弱的電磁信號，這就是宇宙誕生之初的第一縷光——微波背景輻射。伽莫夫預言，這縷微光必定是能探測到的，不久以後就應該能觀察到。哪知道這一等就是好多年。
伽莫夫他們的理論可以解釋宇宙中元素的比例為什麼是現在這個樣子，而且可以預言微波背景輻射的存在，這在宇宙學的研究史上非常重要。從弗裡德曼到勒梅特再到伽莫夫，他們這一脈的理論在當時遠遠突破了一般人的思維。自然有人不買賬，英國的霍伊爾就是一個，他也是個非常優秀的天體物理學家，早在二戰時期，霍伊爾和他的小夥伴們就開始琢磨宇宙是如何存在到今天的。到二十世紀六十年代，英國的金斯提出另一個概念，認為假設宇宙中不斷產生新物質，在符合哈勃定律與廣義相對論的前提下，宇宙仍然可能保持穩定。
圖13-8 古爾德、邦迪、霍伊爾
受這個思想的啟發，1948年，霍伊爾、古爾德和邦迪（圖13-8）幾個人就鼓搗出來一個「穩恆態宇宙模型」，主要想法就是避免宇宙的開端。如果你要是承認宇宙是有誕生的那一刻的，在宇宙誕生之前又是什麼呢？伽莫夫他們沒法回答這些問題，最起碼物理學規律就不再是「普世價值」了。誕生之前，物理規律不起作用，宇宙之外，物理規律不起作用，霍伊爾無論如何不能接受這樣的結論。可是你不接受又能怎樣呢？你怎麼解釋哈勃紅移呢？宇宙的確是在不斷地膨脹的呀。霍伊爾他們總結出來的理論是這樣的：儘管天體都在逐漸遠離，但是會有天體從宇宙混沌中生長出來，填補空白。那麼宇宙總體看起來還是跟原來差不多，就像一條河流，每個水分子都在不斷地流動，但是整條河看起來卻沒什麼變化。
霍伊爾他們這話一說出口，立刻有人蹦出來指責他們：要是物質可以無中生有，那麼豈不是違反能量守恆定律？霍伊爾也不服氣，伽莫夫他們的火球模型不可迴避是存在一個奇點的，所有物質集中在那一點上，難道這不違反物理學規律？這一反問，對方沒詞了。
在1949年的一次BBC電視節目上，霍伊爾嘲笑伽莫夫的理論為「BigBang」，即「大爆炸」理論。他哪裡能預料到，從此這個名字不脛而走，簡直成了伽莫夫他們最好的招牌，從此被統稱為「大爆炸理論」。
霍伊爾個人興趣愛好廣泛，他不僅僅是個書齋裡的學者，還是個常常在公眾面前露臉的科普明星。隨著電視行業的蓬勃發展，霍伊爾就在廣大人民群眾面前混了個臉熟。他在英國公眾之中的知名度非常高。有個小男孩就瘋狂地崇拜霍伊爾，甚至影響了人生選擇，後來真的走上了研究理論物理的道路。他的名字叫斯蒂芬·威廉·霍金，這是後話按下不表。
對於伽莫夫來講，他也不甘示弱，科普是他的拿手好戲。伽莫夫也是一位科普暢銷書的作家，從1938年開始他就在寫「湯普金斯先生」的連載系列故事，講述一個銀行職員如何通過聆聽講座來夢遊物理奇景的，後來集結出版為《湯普金斯先生歷險記》，再後來他又出版了科普著作《從一到無窮大》，不少人都是看著他們的科普著作激發起了對科學的興趣。不管是霍伊爾還是伽莫夫，他們都做了對社會功德無量的好事。1956年，伽莫夫獲得聯合國教科文組織頒發的「卡林伽科普獎」。
兩派的學術爭論仍然在繼續，最終誰贏誰輸，還是要靠觀測來驗證。伽莫夫預言的大爆炸的餘熱，一直就沒有找到。各個科研小組按照各種方法計算了能有八到九個結果，但是彼此相差都很大，這東西只靠計算是不行的，必須靠觀測才能一錘定音。普林斯頓的羅伯特·迪克和威爾金森就開始自己動手來觀測這個信號。忽然，他們辦公桌上的電話鈴響了起來，他們接聽之後，心頭一冷，完了完了！被人搶先了……