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最终，霍伊尔被说服接受英国教育。他入读彬格莱文法学校，然后走上了传统的学术道路。1933年，他获得奖学金进入剑桥大学伊曼纽尔学院深造，在那里学习数学。他表现出色，赢得了梅休奖，这个奖颁给在应用数学方面最优秀的学生。毕业后，他取得了攻读剑桥博士学位的资格，跟随如鲁道夫·皮尔斯、保罗·狄拉克、马克斯·玻恩和他心目中的英雄亚瑟·爱丁顿一起工作。1939年获得博士学位后，他被推选为圣约翰学院的研究员，由此他的研究开始关注恒星的演化。
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但霍伊尔的学术进展突然被打断了：“战争改变了一切。它破坏了我相对富足的生活，也吞噬了我创造力最强盛的时期，当时我刚刚找到研究工作的立足点。”最初他被派往奇切斯特附近的海军雷达组工作，1942年，他被提拔为位于萨里郡的威特利海军信号基地的部门领导，在那里他继续从事雷达研究。也正是在这里，他遇到了托马斯·戈尔德和赫尔曼·邦迪，这两位与他一样对天文学很感兴趣。在未来的岁月里，霍伊尔、邦迪和戈尔德的合作将变得像他们的强大的美国对手伽莫夫、阿尔弗和赫尔曼小组一样的著名。
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邦迪和戈尔德，都在维也纳长大，然后又一起到了剑桥学习，两人同住在靠近英国海军部研究实验室的一所房子里。霍伊尔往往一个星期会花好几个晚上与他们待在一起，因为他自己的家在80千米外，他不喜欢把时间抛洒在上下班的路上。在白天深入研究如何建造更好的雷达系统结束后，三个男人经常在家里通过对战前就感兴趣的主题举行小型研讨会来放松自己。
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特别是，他们对哈勃的膨胀宇宙的观察结果及其影响变得非常着迷。每当他们要解决一个宇宙学问题时，每个人都能发挥各自特有的专长。邦迪是数学天才，提供讨论的逻辑基础，并将问题提升为公式。戈尔德更擅长揭示问题背后的科学意义，因此通常为邦迪的方程提供物理解释。霍伊尔学问最大，专门负责引导思路。据戈尔德所言：
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弗雷德·霍伊尔一直催促我们——哈勃膨胀意味着什么？我们总是面临着霍伊尔提出的挑战。霍伊尔让邦迪盘腿坐在地板上，然后坐在他身后的一把扶手椅上，每隔5分钟就踢他一下，让他写快点，就像你策马扬鞭。他会坐在那儿说，“来吧，做这个，做那个”，邦迪以飞快的速度计算着，虽然他并不清楚所计算的东西——偶尔他会问霍伊尔，“现在我该是乘上还是除以1046？”
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战争结束后，霍伊尔、邦迪和戈尔德分别在天文学、数学和工程领域忙着各自的事业，但他们都住在剑桥，因此在业余得以继续他们的宇宙学头脑风暴。霍伊尔和戈尔德会定期在邦迪的家里聚会讨论两个竞争性宇宙学理论——大爆炸模型和永恒的静态模型——的正反方观点。他们的讨论对大爆炸模型存在很大程度的偏见，这部分是因为这个模型给出的宇宙年龄比其中的恒星还年轻，部分是因为没有人知道大爆炸之前是什么。同时，他们三个也都承认，哈勃的观测结果意味着一个不断膨胀的宇宙。
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图85 弗雷德·霍伊尔对物理学和天文学的许多领域都做出过贡献，但他最有名的是他的稳恒态宇宙模型。
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接着，到了1946年，剑桥三人组突然取得了突破。他们捣鼓出一个全新的宇宙模型。他们的模型之所以不凡，是因为它似乎达成一种不可能的妥协：它描述了一个正在膨胀的宇宙，但它依然是真正永恒的，基本上不变。在此之前，宇宙膨胀一直是大爆炸创世时刻的代名词，但此刻新的模型表明，哈勃红移和退行的星系也可以成为业已存在的传统宇宙观的同盟军。
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这一新模型的灵感似乎来自于1945年9月上映的一部叫作《深夜》的电影。虽然它是由伊灵工作室出品，但与它通常出品的英语上流社会的喜剧相去甚远。事实上，这是在废除战时审查制度（禁止可能会破坏士气的任何形式的娱乐活动）之后由英国拍摄的第一部恐怖电影。
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《深夜》，主演约翰·默文、米歇尔·雷德格雷夫和古奇·威瑟斯，讲的是一个叫沃尔特·克雷格的建筑师一天睡醒后来到乡村，到一户人家商讨一种新的设计方案时所发生的故事。当他到达后，他对屋里的各位客人说，他在经常做的一个令人不安的梦里已经认识了他们。客人们的反应既有怀疑又充满好奇，于是他们一个接着一个地讲述了各自的奇特经历，克雷格由此听到了一连串的5个恐怖故事。这些故事既有兄弟间谋杀的故事，也有精神病医生对精神病腹语患者行为的解释。克雷格被每个故事弄得越来越激动，直到电影在一阵可怕的恐惧中进入高潮。突然他醒了过来，这才意识到这一连串的事件只是一场令人讨厌的梦。他爬下床，穿好衣服，来到乡村，走访农家商讨一种新的设计方案。当他到达后，他对屋里的各位客人说，他在经常做的一个令人不安的梦里已经认识了他们……
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这部电影有一个奇怪的特性，因为故事随着时间，随着新的人物的出现和整个情节的发展而不断演化，但它结束的地方恰恰是它开始的地方。发生了很多事情，但在影片的结尾却什么都没有改变。因为这个循环结构，这部电影可以无限演绎下去。
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三个人于1946年在吉尔福德电影院观看了这部电影，不久戈尔德就受此暗示提出了一个惊人的想法。霍伊尔后来描述了戈尔德对《深夜》的反应：
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汤米·戈尔德被这部片子牢牢抓住了，那天晚上他说：“如果宇宙的构造也像这样那会怎样？”人们往往将不变的情形看作必然是静态的。这部“鬼故事”电影给我们所有三个人的最大启示就是去除了这种错误观念。我们可以有一种动态的不变情形，例如一条平稳流动的河流。
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这部电影启发戈尔德提出了一种全新的宇宙模型。在这个模型中，宇宙仍在膨胀，但它在所有其他方面都与大爆炸模型相左。请记住，大爆炸模型的支持者认为，膨胀的宇宙就意味着宇宙有一个体积很小、密度很高且炽热的过去，这在逻辑上必然推断出宇宙始于数十亿年前的一次创生。与此相反，戈尔德认为，膨胀的宇宙在很大程度上可以一种不变的状态永远存在下去。正如在《深夜》中的情形，戈尔德想象宇宙随着时间的推移演化，但大体上保持不变。
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在详细解释戈尔德的看似矛盾的想法之前，我们不妨来看看我们身边的一些切合这种观念——不断变化但具有永恒特征——的事情。霍伊尔以一条河为例，河流在不断地流动，但其基本形状没有改变。再有，有一种云叫透镜状高积云。这种云通常出现在山顶，甚至出现在刮猛烈的风的期间。潮湿的空气被上升气流吹向云的一侧，在此冷却，凝结，形成新的液滴并添加到云中。同时，下沉气流形成的风又吹走了云的另一侧的水滴，此时液滴向山下流动，遇热蒸发。水滴不断地从一侧加入到云中，同时又在另一侧不断丢失，但总体而言，云的形状并没有什么改变。甚至我们的身体也表现出这种不断改变但总体和谐稳定的特性，因为我们的细胞在不断地死亡，并由新细胞替换掉，新细胞不久又死了，又由更新的细胞所取代，周而复始。事实上，几年过去，我们身上的几乎所有的细胞全都被替换了一遍，但我们仍然是同一个人。
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那么，戈尔德是如何将这一原理——不断发展但总体不变——运用到整个宇宙上的呢？持续发展是显而易见的，因为宇宙看上去在不断扩张。如果这种扩张不伴随其他过程，那么宇宙就将随时间发生变化，变得不那么致密，这正是大爆炸模型所显示的。然而，戈尔德向演化的宇宙中引入了第二个因素，一个抵消膨胀的稀释效果，从而不导致整体变化的因素。这就是宇宙通过不断产生新物质来填充星系退行留下的空隙，从而使宇宙的总体密度保持不变的想法。这种宇宙表观上在不断演化和膨胀，但它总体上不变，呈稳恒态。宇宙因膨胀引起的耗散将通过物质的不断产生得到补充。
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演化而又不变的宇宙的概念被称为稳恒态模型。当戈尔德第一次推出这一概念时，霍伊尔和邦迪称之为疯狂的理论。那天傍晚他们正在邦迪家聚会，在晚餐前，霍伊尔还认为戈尔德的理论可能被撕去，他不认同。但随着他们变得越来越饿，事情变得越来越清晰：戈尔德的宇宙论是自洽的，与广泛的天文观测结果兼容。这是一个完全合理的宇宙理论。简言之，如果宇宙是无限的，那么它可以体积增大一倍而保持不变，只要在星系之间不断有物质产生即可，如图86所示。
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此前所有的宇宙学思维均受到宇宙学原理的引导。这一原理指出，我们在宇宙中的位置——银河系及其周围——本质上与宇宙其他地方是一样的。换句话说，我们并不位于宇宙中某个特殊位置上。爱因斯坦在首次将广义相对论推广到整个宇宙上时就运用了这一原理。但戈尔德前进了一步，提出了理想宇宙学原理：不仅我们的这块宇宙补丁与宇宙其他地方的一样，而且我们在宇宙中所处的时间也与其他任何地方一样。换句话说，我们既不生活在宇宙的一个特殊的地方，也不是处在宇宙的某个特定时刻。宇宙不仅处处一样，而且时时一样。戈尔德认为，宇宙的稳态模型是他的理想宇宙学原理的自然结果。
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图86 图（a）显示大爆炸宇宙的膨胀。一个小的宇宙补丁面积增大1倍，随后再次倍增。于是代表星系的点变得稀疏，随着时间的推移，宇宙变得不那么稠密。
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图（b）显示稳恒态宇宙的膨胀。宇宙的小补丁面积同样是两次加倍，但这次在旧的星系之间出现了新的星系，如演化的中间阶段所示。这些种子星系发展成完全成熟的星系，所以第三张图的宇宙看起来与第一张的相同。批评者可能会抱怨说，虽然宇宙密度相同，但宇宙已经改变了，因为它现在是以前的4倍。但是如果宇宙是无限的，那么4倍的无限仍然是无限的。因此，一个无限的宇宙确实可以不断膨胀但保持不变，只要由膨胀所产生的空白能被新的星系填满就行。
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剑桥三人组进一步发展了戈尔德的想法，最终在1949年发表了2篇论文。第一篇由戈尔德和邦迪撰写，从广泛的哲学角度描述了稳恒态模型。霍伊尔则想用更多的数学细节来表达这个模型，这就是为什么他的文章单独发表。这种风格上的分野只是表面的，霍伊尔、戈尔德和邦迪继续携手合作，将他们的稳恒态模型推进到宇宙的其他地方。
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针对稳恒态模型可以直接提出两点质疑。所有这些物质都是在哪里被创造出来的，它们来自哪里？霍伊尔回应说，任何人都不应期望看到恒星和星系出现的地方。对宇宙膨胀的补偿需要物质的产生速度仅为“在体积等于帝国大厦的空间里每世纪产生一个原子”，因此地球上的观察者不可能检测到。为了解释这些原子的产生，霍伊尔提出了产生场（也称C场）的概念。这个完全假想的实体渗透到整个宇宙，自发地产生原子并维持现状。霍伊尔不得不承认，他不知道他的C场背后的物理，但在他看来，他的这种物质不断生成的模型要远比全能的大爆炸模型更明智。
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