汤马士·戈尔德

汤马士·戈尔德（Thomas Gold，1920年5月22日－2004年6月22日）是一位生于奥地利的天文物理学家，他曾担任康乃尔大学天文学教授、美国国家科学院院士、皇家学会院士。戈尔德是1950年初提出现已几乎被废弃的宇宙稳恒态理论的三位年轻科学家之一。戈尔德的研究是跨学科的，涉及生物物理学、天文学、航空航天工程和地球物理学。

## 早年生活

戈尔德于1920年5月22日生于奥地利维也纳，父亲Max Gold是当地战前一位富有的犹太实业家，经营奥地利最大的采矿和金属冶炼公司，母亲Josefine Martin则曾经是一位德国演员。在1920年代晚期欧洲经济衰退影响下，他的父亲带着全家到德国柏林，而他的父亲在那里担任一家金属贸易公司的负责人。1933年纳粹党掌权后因为希特勒的反犹太运动，戈尔德和家人因此离开德国。之后数年他和家人一起走遍欧洲。他在瑞士作尔兹进入了作尔兹寄宿中学，在那里他很快证明自己是聪明、有竞争性以及身心上相当积极地。戈尔德在瑞士结束了他的学业后因为1938年初的德奥合并，和家人迁居英国。1939年戈尔德进入剑桥大学三一学院主修机械科学。在1940年5月希特勒入侵比利时和法国时，戈尔德被当成敌侨被英国政府送入集中营。他在伯里圣埃德蒙兹的军营被拘留的第一个晚上认识了他后来的合作者和密友，赫尔曼·邦迪。

在加拿大集中营的15个月之后，戈尔德回到英国并重新进入剑桥大学，但放弃主修机械科学。他在1942年6月获得学士学位以后曾短暂于英格兰北部进行农业劳动和当樵夫，之后他和赫尔曼·邦迪和弗雷德·霍伊尔一起加入英国皇家海军在萨里郡敦斯福德附近的雷达地面杂波研究。这三人在下班时间常进行涉及宇宙学、数学和天文物理学的激烈科学讨论。在数个月内，戈尔德负责建立新的雷达系统。戈尔德还确定了登陆艇如何使用雷达在D-Day导航找到登陆地点，以及发现纳粹德国海军的U-潜艇使用通气管，可以在水下取得空气维持运作。

## 在剑桥大学的工作

战争结束后不久邦迪和霍伊尔立刻回到剑桥大学工作，戈尔德则留在海军研究到1947年。他开始在剑桥大学卡文迪许实验室协助建立世界上最大的多腔磁控管，这是1940年两位英国科学家发明，用来发射强利微波让雷达侦测之用。之后不久戈尔德加入一位战时是海军雷达研究组副组长，负责研究人耳共振的动物学家 R. J. Pumphrey。他发现了在耳蜗内的共振并非和充满内耳液体的阻尼相关。1948年戈尔德假设听觉的机制是“发电机制”，当电能用来反馈阻尼效应时，就会产生电机作用。虽然戈尔德以听觉发电机制的论文取得三一学院的奖学金以及卡文迪许实验室的初级讲师职位，他的理论却被大多数不相信耳蜗是以反馈机制运作的听觉专家和生理学家，例如之后得到诺贝尔生理学或医学奖的盖欧尔格·冯·贝凯希忽略了。1970年代研究人员发现戈尔德的假设是对的－耳内的毛细胞负责反馈机制产生共振。

### 稳恒态理论

之后戈尔德开始和霍伊尔、邦迪一起讨论以红移和哈勃定律为中心的物理问题。他和另外两人开始对乔治·勒梅特于1931年提出，再由乔治·伽莫夫近一步发展的宇宙是从一个密度和温度极膏状态扩张到今日状态的大爆炸理论开始质疑。根据历史学家、物理学家史宾塞·维尔特于1978年的访谈纪录中，戈尔德相信人们有理由相信物质的创造是“在所有时间都能达成的，而且没有任何稍纵即逝的问题出现。稳定状态是在宇宙扩张配合新物质产生并且塌缩成新的星系”。

有两篇1948年出版的论文是讨论替代大爆炸理论的非标准宇宙学－稳恒态理论，其中一篇的作者是戈尔德和邦迪，另一篇的作者则是霍伊尔。戈尔德和邦迪在论文中表示宇宙虽然在膨胀，但外观不随时间而改变，也就没有开始和结束。两人提出了完美宇宙论原则，在该原则中宇宙是时间和空间同质和各向同性的。他们认为在大尺度下宇宙在各处是没有任何差异性的，只在区域范围内会有明显不同，因此在大尺度下宇宙是均匀的。但因为宇宙缺乏演化和可区分的特征或者能辨认的时间方向，他们认为宇宙必须有大尺度运动。他们提出了两个可能的运动模型：大膨胀和大收缩，他们估计在宇宙膨胀状态中，每立方米真空空间中每109 年就产生一个氢原子。物质的产生将可以确保宇宙在扩张时保持一定密度。戈尔德和邦迪也提到对其他宇宙论时间尺度的困扰，例如哈勃计算宇宙年龄和稳恒态理论的差异，以及地球岩石的放射衰变定年；这些在稳恒态理论都未提及。

1960年代稳恒态理论开始有许多问题浮现，观测结果显是宇宙是会改变的：类星体和电波星系只在距离地球远处发现（因此只存在于遥远的过去），而非近距离星系。和大爆炸理论预测不同的是，稳恒态理论预测这样的天体会在宇宙各处发现，因为演化不会发生在极远处。此外，该理论的支持者还预测除了氢原子，反物质也将会产生，伽马射线背景辐射将会来自质子和反质子互相湮灭，而产生中子时会产生X射线气体。

对于大多数宇宙学家而言，大爆炸理论预测的宇宙微波背景辐射于1965年发现就是对稳恒态理论的驳斥。史蒂芬·霍金表示宇宙背景辐射已经被证实，而这一般被认为是大爆炸留下的遗迹，因此宇宙背景辐射是“稳恒态理论棺材上最后一根钉子”。邦迪承认稳恒态理论已被推翻，但戈尔德和霍伊尔仍有数年不服这结果，戈尔德甚至支持霍伊尔的修正稳恒态理论，但在1998年他开始提出稳恒态理论的一些质疑，但他认为尽管该理论有错误，它仍然协助增进了对宇宙由来的了解。

### 偶然的泛种论

戈尔德认为生命的起源是偶然的泛种论，也就是他提出的“垃圾理论”。该理论认为地球上生命可能是地球早期历史中由外星生命丢弃在地球的废弃物品形成而传播的。

## 天文物理学的研究

在1951年英国皇家天文学会一个会议上，戈尔德提出最近侦测到的无线电波讯号源是位于银河系外。当时包含电波天文学家马丁·赖尔和数位理论宇宙学家都嘲笑他；但在一年后一个遥远无线电波源在罗马召开的国际天文联会上被公开确认。之后赖尔表示戈尔德的论点证明了星系的演化，代表稳恒态理论的失效。

戈尔德于1952年离开了剑桥大学，成为皇家天文学家哈罗德·史宾赛·琼斯在萨塞克斯郡赫斯特蒙索堡格林尼治天文台新址的首席助理。当时戈尔德提出来自太阳的带电粒子和地球磁场的交互作用在地球高层大气产生的磁暴是非碰撞激波的例子，这引起了一些争议。这个理论广泛处于争议之中，直到1957年美国科学家使用震波管进行模拟后将戈尔德的理论以数学方式呈现。

戈尔德在琼斯从格林尼治天文台退休后也离职，于1956年前往美国，1957到1958年间他在哈佛大学担任天文学教授，1958到1959年则是该校罗伯特·惠勒·威尔逊应用天文学教授。1959年初戈尔德接受了康乃尔大学的雇用，他得到一个机会建立研究电波物理和太空科学的跨学科研究中心，同时也在该校天文学系工作。他进入康乃尔大学天文学系时，该系只有他和另一位教授。戈尔德在康乃尔大学电波物理与太空研究中心担任主任直到1981年。戈尔德将康乃尔大学建立成具领导地位的科学研究中心。他任职期间雇用了知名天文学家卡尔·萨根和法兰克·德雷克，并协助在波多黎各建立了世界最大的单一天线电波望远镜 阿雷西博天文台，以及和哈利·梅赛尔共同建立了康乃尔－雪梨大学天文中心。此外，戈尔德在1969到1971年之间担任康乃尔大学学术副校长，以及自1971年起担任约翰·韦瑟里尔天文学教授直到1986年退休。

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1959年戈尔德扩充其先前对非碰撞激波的预测，他认为太阳闪焰可能会喷出物质进入磁场云产生激波波前，导致地磁暴。戈尔德也在论文 "Motions in the Magnetosphere of the Earth" 中创造了“磁层”一词描述“在电离层以上，地球磁场主导气体和高速运动带电粒子的区域...而这样的区域可以延伸到10倍地球半径处”。1960年戈尔德和霍伊尔再次合作，并指出磁能是太阳闪焰的能量来源，以及闪焰和磁圈相接触时将会释出能量。

1968年，一位剑桥大学射电天文学的研究生约瑟琳·贝尔·伯奈尔和他的指导教授安东尼·休伊什发现了一个周期1.33秒的无线电脉冲源。这个以极短周期连续释放电磁波的脉冲源被称为脉冲星。戈尔德认为该天体是快速自转的中子星。戈尔德还认为因为脉冲星强力磁场和高速自转，会使其发射的电磁波类似旋转的灯塔光束。他的结论一开始不被科学界接受；事实上，他的理论在首次脉冲星的国际研讨会上被否定了。但是，在使用阿雷西博电波望远镜在蟹状星云内找到了脉冲星以后，他的理论被接受了，也开启了固体物理学和天文学进一步发展之门。卫报的 Anthony Tucker 认为戈尔德的发现为史蒂芬·霍金开创性的黑洞研究铺上了道路。

## 和 NASA 的关系

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1950年代起美国开始发展太空任务时，戈尔德就是 NASA 和几个国家太空委员会的顾问，其中包含了总统科学顾问委员会。这个时候科学家们对于月球表面的物理性质进行激烈辩论。1955年戈尔德预测月球表面被一层来自“太阳系中碎片持续撞击”产生的一层细颗粒尘埃覆盖。因此月球表面尘埃在当时被戏称为“戈尔德的尘埃”。戈尔德原本认为太空人在月球上会陷入尘埃中，但不久后它分析了月球上的环型山和静电场后，认为太空人的靴子只会陷入月球表面尘埃约3公分。在任何情况下，NASA 派出了一台无人驾驶的测量员计划探测艇分析月球表面的情况。戈尔德被共事的其他科学家认为他的思想是荒谬的，原因不只是因为他的假说，还有他进行沟通的向关注NASA的美国大众；特别是有些专家因为他以“月球尘埃”的模式参照月壤（表岩屑）。当阿波罗11号的组员于1969年登陆月球并带回第一批月岩样本后，研究人员确认月壤事实上是粉末状的。戈尔德说这和他的假说是一致的，并指出在一些地区因为组员走在一起，他们下沉了5到8英寸。但是并没有很多人相信他的正确预测，甚至有人批评他的深层月壤预测。戈尔德也协助设计阿波罗11号使用的立体照相机拍摄月球。

1970和1980年代，戈尔德对于 NASA 的航天飞机计划直言不讳地严厉批评。他嘲弄地宣称当局如果可以一年飞行50次任务，就可以有低预算成本。NASA 官员警告戈尔德如果他在美国国会对于他的关注作证，他的研究计划将会失去 NASA 的支持。戈尔德忽略了这个警告并且在参议员沃尔特·蒙代尔领导的委员会作证。在乔治·洛写给 NASA 署长詹姆士·奇普曼·弗莱彻的信中写着：“戈尔德应该认识到，由政府和 NASA 出资是一种特权，而他现在的看法让我们出资赞助他意义不大”。戈尔德于1983年作证之后接受天文史学家大卫·迪沃金（David H. DeVorkin）访谈时回忆：

我在 NASA 有多年都过得相当辛苦。我得到了一些钱，但在我作证后连续三年申请经费都失败。我的申请在前几年都很顺利通过的都被拒绝了。我必须到华府去和主事者讨论，之后我会有部分计划获得通过并获得经费。在过了几年之后我的申请永远都是失败的，之后我再也没有试图从 NASA 获取经费。

...（中略）

当然，我被 NASA 视为不受欢迎人物以后我有一段困难的时光。不久之后诺埃尔·亨纳斯（Noel Hinners）成为太空科学部门的主管，他曾经以此开玩笑说：“噢！汤米又来华府进行他一年一度的朝拜了”。也许这看起来很可笑，但是他每年总是给我一些经费。但很清楚地我是 NASA 的不受欢迎人物

## 石油的来源

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戈尔德在1950年代时首次对石油的来源感兴趣，并提出了非生物化石燃料形成假说。戈尔德和霍伊尔在这方面的深入讨论甚至包含在霍伊尔1955年的书 Frontiers in Astronomy 其中一个章节 "Gold's Pore Theory"。在1970年代晚期美国碰到了另一次大规模能源危机，让戈尔德重新开始他对石油的研究。1977年一台研究潜水艇在加拉巴哥群岛附近的洋底发现了多个在热液喷口旁的繁荣生态系。之后的探测发现这些热液喷口附近有多种生物存活，包含巨型管虫和白化的蟹，而这些生命是和嗜热的化能合成微生物共生的。在这种恶劣的环境下找到生物让戈尔德决定重新检视既定的生物成油理论。戈尔德相信“生物学只是热力学的一个分支”，并且生命的演化史只是“逐渐走向更有效利用低阶能源的系统性发展。”

他以研究地震如何将甲烷从地球深处转移到地球表面开始他的研究。他推测一个规模够大的地震可以使地表破裂，使气体可以从破裂区域逸出。戈尔德相信这也许可以解释许多和地震相关的现象，例如火焰、闪光、地震光和气体散逸。戈尔德和他的同事史蒂芬·索特（Steven Soter）建立了全世界产油区和历史上地震活动区域的地图。部分产油区例如阿拉斯加、德克萨斯州、加勒比海、墨西哥、委内瑞拉、波斯湾、乌拉尔、西伯利亚和东南亚等都位在世界上主要的地震带。戈尔德和索特提出这些区域也许可以解释气体在这些区域上升到地表，之后形成油田和天然气田。

戈尔德的理论认为既然石油和组成石油的碳氢化合物在整个宇宙中存在，就没有理由相信在地球上石油必须要由生物生成。戈尔德提出化石燃料在几乎45亿年前是以随机分子的形式封闭在地球的核心之中。随着时间的推移，核心的高热使岩石渗出包含这些分子的液体，这些分子被液体携带到地球的多孔层。当这些分子向地球表面移动时，碳氢化合物会使大规模的微生物群落得以发展，而这些微生物也是地球生命的基础。移动到地球表面的化石燃料则将生物残骸在陷入地下深处前将其收集起来。戈尔德不久之后出版他的理论，而研究人员也发现了一些在高温和高压环境下的多个生态系，而这些区域原本认为不可能有生命存在。此外，戈尔德发现在中东和东南亚这些主要的产油区域油田位置决定于大规模的表面地质和地形状态，例如深层的断层线。他也指出氦在油田和天然气田大量存在是碳氢化合物是来自地球深处的证据。此外，一些原本被认为已经耗竭的产油区突然又开采出大量石油。因此戈尔德认为地球可能几乎源源不绝供应石油的来源－至少可以供应5亿年的化石燃料。

### 锡利扬湖钻探

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戈尔德在1986年在瑞典大瀑布电力（Vattenfall）和美国天然气技术研究所资助下开始测试他的理论。他在接近瑞典锡利扬湖附近钻了一个称为格拉洛伯格1号井（Gravberg-1）的深井以研究来自地函的非生物气体。该区域是一个大型陨石坑，因此可能有足够深的通道让甲烷可以向上移动，并且在距离地表只有数公里处累积在覆岩区域。他推测在锡利扬湖附近的裂缝深达地下40公里深处。

1987年时，大约900桶（140立方米）的钻井液在地下约6100米深处消失，因此戈尔德相信钻井液已经落入储存甲烷的地方。之后不久钻井团队抽取了接近100升的黑色油性淤泥到地表。戈尔德宣称淤泥中含有石油和古菌的残骸。戈尔德宣称生物圈比我们先前所知道的更加深入地球之内，而这个证据将会摧毁石油含有生物分子，所以石油必须来自生物物质的传统想法。戈尔德宣称的发现引起各种反应，有的是愤怒地否认或深刻怀疑。地球化学家杰佛瑞·葛拉斯比（Geoffrey P. Glasby）推测淤泥可能是经由一种催化的化学反应费托合成将一氧化碳和氢的混合气体转换成液态烃。批评者还质疑戈尔德的古菌发现；他们认为微生物不可能在那样的深度存活，这些生物可能是在地表受到污染的。地球化学家保罗·菲利浦分析了淤泥后得到的结论是他无法分辨淤泥和地表附近沉积页岩发现的油苗。他的理由是石油已经从浅层的页岩转移到深处的花岗岩层。戈尔德对于菲利浦的发现予以驳斥，他并相信石油和天然气可以很容易向地表移动：“他们将我们发现的石油和天然气从5英尺深的沉积岩顶部向下渗透到6公里以下的花岗岩盘。我的意思是，这完全是荒谬的想法：你可以想像在5英尺深的石油和下方6公里处紧密的花岗岩层，而产生的甲烷比水更快向下渗透，这绝对是胡说八道。”

鉴于钻井周围的淤泥和可能的钻井污染争议，戈尔德放弃了格拉洛伯格1号井，并称它是大挫败。并且戈尔德将油性的钻井液改成水性钻井液以重新设计他的实验。

1989年春季开始钻探石油，但是只钻得了大约80桶（13立方米）。戈尔德说：“这并不到可以出售的产油率，但这迹象表明有石油存在”这次钻探碰到技术上的问题，并在6.8公里深处停止了。该钻井被封闭了，但第二个钻井在靠近撞击坑环中心更少沉积岩的地方开始钻探。在1991年10月第二个井钻到了地下3.8公里深，但许多的怀疑论者仍对第二个钻井并不认为结果是乐观的。其中一位怀疑者是瑞典地质调查局的首席地质学家克里斯特·阿克曼（Christer Akerman）。阿克曼表示：“有理由保持冷静，并等待他们分析找到了什么。重点是他们必须寻找商业上足以回本的含油量，而这可能是一段很长的时间，在我们知道如果他们这样做之前”。地质学家约翰·卡斯塔诺（John R. Castaño）的结论是没有足够证据证明地函是烃的来源，而且锡利扬湖附近不可能有商业上可开采的油气田。有些怀疑者反驳戈尔德的说法则是指出所谓的发现石油竟是因为钻井时的污染。

### 深热生物圈

戈尔德修改了他的假说，并将修改过的假说以标题 "The Deep Hot Biosphere" 发表在1992年的美国国家科学院院刊。戈尔德提出煤和石油沉积的来源是在天然气流动的地方，而这些地方也可以让细菌在地表下极深处提供养分的地方。换句话说戈尔德认为石油和煤的生产是透过版块构造力，而非生物遗骸的分解。在这篇论文的开头，戈尔德也提出热液喷口将地球深处的细菌向上传送到洋底以支持他的论点。

戈尔德在1999年出版了一本与以上论文相同标题的书，并且扩充了他在1992年该篇论文的论点，并包含了他对生命起源的猜测。他曾经被指控公然剽窃了苏联地质学家在1950年代出版的无生源论研究结果。虽然戈尔德后来提及苏联方面的研究，他宣称他首次发表无生源论的论文试在1979年，且并未引用苏联在这方面的文献。戈尔德的支持者则认为这些指控毫无根据：他们说在戈尔德首次于1979年对石油来源理论成形之后，他开始寻找苏联地质学家发表的论文并翻译。他既失望（因为他的想法并非原创的）又高兴（因为这些独立提出的想法增加了这个假设的重要性）。他们坚称戈尔德一旦知道苏联方面的研究就会记录下来。

根据戈尔德和苏联地质学家提出的非生物成油理论，细菌是以石油为食物，因此这可以解释化石燃料中生物残骸的存在，也就不需要以生物成油理论解释。碳氢化合物在地表下的流动也可以表示其他矿物的沉积程度特异性。

总之，戈尔德认为天然碳氢化合物（石油和天然气）的由来并非地质对生物体作用（传统观点），而是生物体对地质的作用。

## 荣誉

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戈尔德的整个学术生涯中获得了许多荣誉。他在1948年成为英国皇家天文学会会士、1962年成为美国地球物理联盟会士、1964年成为皇家学会院士、1972年成为美国哲学会会士、1974年成为美国文理科学院院士、美国太空飞行学会会士和国际宇宙航行科学院院士，1986年成为剑桥大学三一学院荣誉研究员。此外，1981到1986年间他担任纽约天文学会会长。戈尔德于1972年因为他的论文 "The Nature of the Lunar Surface: Recent Evidence" 获得美国哲学会约翰·弗雷德里克·路易斯奖以及1979年亚历山大·冯·洪堡基金会的洪堡奖。1985年戈尔德获得英国皇家天文学会金质奖章；该奖项著名获得者有赫尔曼·邦迪、弗雷德·霍伊尔、马丁·赖尔、爱德温·哈伯、詹姆斯·范·艾伦、弗里茨·兹威基、汉尼斯·阿尔文和阿尔伯特·爱因斯坦。戈尔德并没有博士学历，但在1969年获得剑桥大学荣誉博士学位。

## 评价

天文物理学家杰佛瑞·伯比奇和玛格丽特·伯比奇则说戈尔德是“他的时代中最杰出的物理学家之一，并且他的跨学科能力是无与伦比的。”戈尔德的书The Deep Hot Biosphere的前言中，理论物理学家弗里曼·戴森写下：“戈尔德的理论总是原创性的、重要的、经常是引起争议的－而且经常是正确的”。虽然他曾经被俄罗斯、美国甚至加拿大科学家提出大量证据指控抄袭。特别是在石油地质学领域，很多在西半球以为是正确的非生物成油理论不管是正确或错误都起源或超前自他的理论，以上该书前言所证明的是在这个领域中他经常不适当的相信他的资料来源（包含那本书）。

赫尔曼·邦迪在《自然》期刊中写下：“汤米将会被后人记得他是一个进入一个他认为一个选项被忽略的任何领域的科学家。他在理论科学领域成就是相当不寻常，但他只使用少量数学，他主要是依靠他对物理学直观的了解。”史丹利·德莫特（Stanley F. Dermott）则写下：“汤米是一个英俊、迷人和慷慨的人，并且和许多忠诚的同事形成了长期的友谊。他是一个机智和口齿伶俐的演讲者，并且被一些人认为是一个因为争议而高兴的科学独行侠。在现实中，他是一个反传统者，并总是分析基于一些我们所知道最重要的理论假设进行精辟分析。”卫报的 Anthony Tucker 则说：“纵观他的一生，他总是会进入新领域发掘出其他人未发现的问题－不管是生物物理学、天文物理学、航空太空工程或地球物理学。争议随着他无所不在；而他有深刻的科学直觉和开放的严谨态度。他通常以挑战其他人所珍视的假设作结，并且使被挑战的假设处于在科学基础上的尴尬局面和经常发现所欠缺之处。他的地位和影响力是国际性的。”哈佛大学的生物学家史蒂芬·古尔德称戈尔德是“美国最特立独行的科学家之一。”戈尔德一直被汉蒙·克雷格（Harmon Craig）和约翰·亨特等强烈反对非生物成油理论的地质学家嘲笑。并有其他科学家甚至采取行动以防止戈尔德将他发现的东西发表。

## 个人生活

戈尔德于1947年和第一任妻子Merle Eleanor Tuberg结婚，她是曾和苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡共事的天文物理学家；两人育有三女Linda、Lucy和Tanya。两人离婚后戈尔德于1972年和Carvel Lee Beyer结婚，育有一女 Lauren。

戈尔德于2004年在美国纽约州伊萨卡去世，葬于当地公墓。去世时他的妻子、四位女儿和六位孙辈都在旁。

## 基本资料

- 日语原文：汤马士·戈尔德、Thomas Gold
- 出生日期：1920年5月22日
- 出生地：维也纳
- 逝世日期：2004年6月22日
- 逝世地：美国纽约州绮色佳
- 研究领域：天文物理学、天文学、生物物理学、宇宙学、地球物理学、航空航天工程
- 机构：剑桥大学、格林尼治天文台、哈佛大学、康乃尔大学
- 母校：剑桥大学三一学院
- 博士导师：R. J. Pumphrey
- 博士生：Stanton J. Peale、彼得·戈德赖希
- 知名于：稳恒态理论、非生物成油理论
- 获奖：1972年John Frederick Lewis Award、1979年洪堡奖、1985年英国皇家天文学会金质奖章