정상상태를 부정하는 증거들
프레드 호일은 아무런 변화 없는 새로운 물질을 계속 만들어내고 있는 우주를 주장했으므로 그의 이론에 따르면 까마득한 과거의 우주는 현재의 우주와 크게 다르지 않아야 합니다. 지금의 은하가 수십억 년 전의 은하와 거의 동일한 모습을 유지해야 한다는 의미입니다. 따라서 지난 수십억 년 사이에 어떤 역동적인 변화가 단 한 건이라도 있었다는 것이 증명될 경우 정상상태우주론은 당장 폐기될 수밖에 없습니다.
우주 저편에서 엄청난 빛을 발산하는 미지의 천체가 1960년대에 발견되었습니다. 이 천체에 퀘이사quasar, 혹은 준항성체quasi-steller object라는 명칭이 붙여졌습니다. 별처럼 작게 빛나 보이지만 강하고 폭넓은 휘선輝線 스펙트럼을 나타내는 천체인 퀘이사는 엄청난 에너지와 함께 커다란 적색편이red shift를 보이고 있는데, 이로부터 추정되는 거리는 무려 수십억 광년이나 됩니다. 즉 지금 보이는 퀘이사의 모습은 우주가 젊었을 때의 모습인 것입니다. 천문학자들은 이 천체의 중심부에 거대한 블랙홀이 있을 것으로 추정합니다. 정상상태우주론이 옳다면 오늘날에도 퀘이사가 수시로 발견되어야 하지만 실제로는 매우 드물게 발견됩니다. 수십억 년이 지나면서 대부분의 퀘이사들이 사라져버릴 것입니다.
호일의 이론에는 또 다른 문제가 있었습니다. 우주에 존재하는 헬륨의 양이 정상상태우주론에서 예견된 양보다 훨씬 많았습니다. 헬륨은 범우주적인 규모에서 볼 때 수소 다음으로 많은 원소이지만 지구 근처에서는 매우 희귀한 원소에 속합니다. 과학자들이 헬륨을 처음 발견한 곳은 지구가 아닌 태양이었습니다. 1868년 여름 과학자들은 개기일식을 관측하던 중 태양빛을 프리즘을 통과시켜 얻은 스펙트럼을 분석하던 중 한 번도 본 적이 없는 587.6nm의 새로운 스펙트럼선spectral line을 발견했습니다. 그들은 이것이 어떤 금속으로부터 방출된 빛이라고 생각하여 그리스어로 태양을 뜻하는 헬리오스helios(태양의 신)에 금속을 의미하는 접미어 -ium을 붙여 헬륨helium으로 명명했습니다. 그러나 1894년 영국의 프랭크 램지Frank Plumpton Ramsey(1903~30) 및 스웨덴의 화학자 클레베Per Teodor Clever(1840~1905)는 각각 독립적으로 우라늄 광물의 일종인 클레베석으로부터 헬륨을 분리하여 스펙트럼선이 일치하는 것을 증명했습니다. 발견하고 보니 헬륨은 금속이 아닌 기체였습니다. 과학자들은 명칭이 잘못 붙여졌다는 것을 알았지만 이미 사용 중인 명칭을 바꾸는 것이 무리라고 생각해 헬륨을 계속 사용하기로 했습니다.
호일의 주장대로 우주 초창기에 헬륨이 별의 내부에서 생성되었다면 오늘날 헬륨은 별의 중심부에서만 발견되는 지극히 희귀한 원소로 남았을 것입니다. 그러나 헬륨은 전체우주의 25%를 차지하고 있으며, 별의 중심부뿐만 아니라 우주전역에 골고루 분포되어 있습니다. 이 점은 조지 가모브의 주장과 일치합니다. 핵합성(핵융합)에 관한 한 가모브와 호일 모두 진실의 일부만 본 것입니다. 가모브는 모든 화학원소가 빅뱅의 잔해에서 탄생한 것으로 보았으나 그의 이론에서 질량수가 5 혹은 8인 원소들이 연쇄적 창조의 가교역할을 하지 못해 설득력을 잃었고, 호일은 빅뱅이론 자체를 부정하면서 모든 원소가 별의 중심부에 있는 용광로에서 조리되었다고 주장했지만 헬륨이 우주의 25%나 차지하는 이유를 설명하지 못했습니다.
결과적으로 가모브와 호일이 상호보완적인 이론을 주장했던 셈입니다. 가모브가 생각한 질량수가 5 혹은 8 이하의 가벼운 원소들은 빅뱅으로부터 탄생했습니다. 현재까지 알려진 바에 의하면 헬륨-3과 헬륨-4 그리고 리튬-7 등은 빅뱅의 잔해로부터 만들어진 것들입니다. 하지만 이보다 무거운 (그리고 철보다는 가벼운) 원소들은 호일의 주장대로 별의 내부에서 만들어졌습니다. 그리고 철보다 무거운 원소들인 구리, 아연, 금 등은 초신성에서 생성되어 폭발과 함께 우주공간으로 흩어져 나왔습니다. 현재의 우주론에 반대하는 다른 이론들은 100종 남짓한 원소들과 동위원소의 출처를 밝혀야 하는 어려운 문제에 직면하고 있습니다.