I suoi numerosi contributi scientifici vanno dalla spiegazione della genesi degli elementi "pesanti" nelle reazioni termonucleari stellari a quella della frammentazione del gas in stelle, ma egli è noto soprattutto come sostenitore della teoria cosmologica dello stato stazionario e dell'ipotesi della panspermia.
Hoyle fu colui che coniò, in senso polemico, il termine Big Bang: fu difatti un critico del modello cosmologico maggioritario (seppur non dell'espansione metrica dello spazio né della legge di Hubble come invece fu Halton Arp) che considerava alla stregua di creazionismo religioso mascheratoHelge Kragh, Cosmology and Controversy, Princeton (NJ), Princeton University Press, 1996, ISBN 0-691-02623-8., ma le sue ipotesi scientifiche furono relegate tra la cosmologia non standard a partire dagli anni '90.
Fred Hoyle fu anche un autore di fantascienza e conduttore di programmi di divulgazione scientifica di successo.
Biografia Hoyle nacque vicino a Bingley, a Gilstead, nel West Riding dello Yorkshire, in Inghilterra. Suo padre, Ben Hoyle, era un violinista e lavorava nel commercio della lana a Bradford, e prestò servizio come mitragliere nella prima guerra mondiale. Sua madre, Mabel Pickard, aveva studiato musica al Royal College of Music di Londra e in seguito lavorò come pianista cinematografica. Hoyle studiò alla Bingley Grammar School e si laureò in matematica all'Emmanuel College di Cambridge. Da giovane, cantò nel coro della chiesa anglicana locale. Nel 1936, Hoyle condivise il Premio Mayhew con George Stanley Rushbrooke.
Alla fine del 1940, Hoyle lasciò Cambridge per andare a Portsmouth a lavorare per l'Ammiragliato sulla ricerca radar, ad esempio ideando un metodo per ottenere l'altitudine degli aeroplani in arrivo. Gli fu anche affidato il compito di elaborare contromisure contro i cannoni a guida radar trovati sulla Graf Spee dopo il suo affondamento nel Río de la Plata . Il progetto radar britannico era un'operazione su larga scala e fu probabilmente l'ispirazione per il grande progetto britannico nel romanzo di Hoyle La nuvola nera. Due colleghi in questo lavoro bellico erano Hermann Bondi e Thomas Gold, e i tre ebbero molte discussioni sulla cosmologia. Il lavoro sul radar comportò diversi viaggi in Nord America, dove colse l'occasione per visitare gli astronomi. Durante un viaggio negli Stati Uniti, apprese delle supernove al Caltech e a Mount Palomar e, in Canada, della fisica nucleare dell'implosione e dell'esplosione del plutonio, notò alcune somiglianze tra le due e iniziò a pensare alla nucleosintesi delle supernove. Formò anche un gruppo a Cambridge che esplorava la nucleosintesi stellare nelle stelle ordinarie ed era preoccupato dalla scarsità di produzione di carbonio stellare nei modelli esistenti. Nel 1945, dopo la fine della guerra, Hoyle tornò all'Università di Cambridge come docente al St John's College di Cambridge (dove era stato membro dal 1939). Gli anni di Hoyle a Cambridge, dal 1945 al 1973, lo videro raggiungere la vetta della teoria astrofisica mondiale, sulla base di una sorprendente originalità di idee che coprivano una vasta gamma di argomenti. Nel 1958, Hoyle fu nominato professore Plumian di Astronomia e Filosofia Sperimentale all'Università di Cambridge. Nel 1967, divenne il direttore fondatore dell'Institute of Theoretical Astronomy (successivamente rinominato Institute of Astronomy, Cambridge), dove la sua leadership innovativa portò rapidamente questa istituzione a diventare uno dei principali gruppi al mondo per l'astrofisica teorica. Nel 1971, fu invitato a tenere la MacMillan Memorial Lecture all'Institution of Engineers and Shipbuilders in Scozia. Hoyle fu nominato cavaliere nel 1972 durante le celebrazioni di Capodanno.
Sebbene occupasse due incarichi di prestigio, nel 1972 Hoyle era diventato insoddisfatto della sua vita a Cambridge. Una disputa sull'elezione a una cattedra portò Hoyle a dimettersi da professore nel 1972. L'anno successivo si dimise anche dalla direzione dell'istituto. Spiegando le sue azioni, scrisse in seguito:
Dopo aver lasciato Cambridge, Hoyle scrisse diversi libri di divulgazione scientifica e di fantascienza, e tenne conferenze in tutto il mondo, in parte per mantenersi. Hoyle era ancora membro del comitato politico congiunto (dal 1967) durante la fase di pianificazione del telescopio anglo-australiano da 150 pollici presso l'osservatorio di Siding Spring nel Nuovo Galles del Sud. Divenne presidente del consiglio di amministrazione del telescopio anglo-australiano nel 1973 e presiedette alla sua inaugurazione nel 1974 da parte di Carlo, Principe di Galles.
Dopo le sue dimissioni da Cambridge nel 1972, Hoyle si trasferì nel Lake District e si dedicò a escursioni attraverso le brughiere, a scrivere libri, a visitare centri di ricerca in tutto il mondo e a lavorare su idee scientifiche (che sono state in gran parte respinte); tra gli argomenti di cui scrisse figurano Stonehenge, la panspermia, il darwinismo, la paleontologia e i virus dallo spazio". Egli riteneva sempre le prove osservative compresa la radiazione cosmica di fondo, prevista dalla teoria e rilevata casualmente negli anni '60, come non univoche come evidenza finale del Big Bang (proponendone diverse spiegazioni), cosa che determinò un volontario e graduale isolamento dello scienziato britannico e dei suoi collaboratori e sostenitori (Geoffrey e Margaret Burbidge, Halton Arp, Jayant V. Narlikar...) dalla comunità scientifica maggioritaria, pur mantenendo amicizie anche con noti scienziati fuori dagli schemi come il fisico quantistico e premio Nobel Richard Feynman che spesso gli fece visita per passeggiare e parlare con lui, oltre che con personalità di cultura come J.R.R. Tolkien, l'autore de Il Signore degli Anelli.
Il 24 novembre 1997, mentre faceva un'escursione attraverso le brughiere nel West Yorkshire, vicino alla sua casa d'infanzia a Gilstead, Hoyle, che aveva al tempo 82 anni, cadde in un ripido burrone chiamato Shipley Glen. Fu ritrovato circa 12 ore dopo in buone condizioni da una squadra di soccorso con l'aiuto di cani da ricerca. Fu ricoverato in ospedale per due mesi con una frattura alla spalla. Nel 2001, subì una serie di ictus, e morì a Bournemouth il 20 agosto dello stesso anno a 86 anni.
Suo figlio Geoffrey Hoyle (1941-2024) fu anche lui uno scrittore di fantascienza e divulgatore, e collaborò a diversi libri del padre. Sua nipote (figlia di sua figlia Elizabeth), è la neuroscienziata Samantha Butler.
Attività scientifica La controversia cosmologica
Per quanto i suoi contributi scientifici vadano ben al di là di essa, Hoyle è noto soprattutto per essere stato il campione della teoria cosmologica dello stato stazionario, che per oltre 20 anni costituì una valida alternativa a quella che è oggi nota come teoria del Big Bang (un termine coniato dallo stesso Hoyle, in senso polemico). Hoyle ammoniva esplicitamente infatti che il Big Bang veniva sostenuto come un dogma “causa prima” in linea con la teologia occidentale piuttosto che con la scienza. Per attaccare questa relazione, Hoyle diede il via a una campagna pubblica per screditare e liquidare la teoria: il termine "Big Bang" fu coniato da appunto da Hoyle nel 1949, in senso dispregiativo, riferendosi ad esso come "questa idea del grosso botto" durante una trasmissione radiofonica della BBC Radio del marzo 1949.Comunemente si riferisce che Hoyle intese ciò in senso dispregiativo. Tuttavia, Hoyle in seguito ha negato ciò, dicendo fu solo un'immagine sensazionale intesa ad enfatizzare la differenza tra le due teorie per i radioascoltatori (vedi capitolo 9 di The Alchemy of the Heavens ("L'alchimia dei cieli") di Ken Croswell, Anchor Books, 1995). Nota fu in questo periodo l'accesa rivalità anche mediatica con Martin Ryle, astronomo che si occupava, per la stessa università di Cambridge, della ricerca delle radiosorgenti, e sostenitore del Big Bang.
Oltre che uno dei sostenitori più accesi del modello stazionario, Hoyle era allora un materialista impegnato (ma in seguito si allontanò dal materialismo ed elaborò l'idea della panspermia e dell'intelligenza universale), e riteneva che il modello rivale fosse una forzatura in quanto violava i principi filosofici fondamentali sulla natura infinita dell'esistenza; pensava che quello che divenne poi il modello standard della cosmologia, basato sul Big Bang, violasse una legge considerata inviolabile nel mondo naturale, quella di Lavoisier sulla massa, postulando in alcune formulazioni la nascita di materia dal nulla. Il modello stazionario riscontrò infatti un notevole successo negli anni '50.
Una ragione fu forse l'istintiva reazione di diversi scienziati al presunto tentativo di strumentalizzazione (così era percepito ad esempio da Stephen HawkingSecondo Hawking «la Chiesa cattolica, d'altra parte, si impadronì del modello del big bang e nel 1951 dichiarò ufficialmente che esso è in accordo con la Bibbia.» (Dal Big Bang ai buchi neri, XVI edizione, Rizzoli 1989, p.65), che fino agli anni '70 ancora sosteneva una possibile plausibilità della teoria stazionaria o dell'universo statico, grazie al credito che godeva anche l'ipotesi della luce stanca di Fritz Zwicky riguardo allo spostamento verso il rosso) delle loro scoperte portato avanti dalla Chiesa cattolica, che volle vedere nella teoria del Big Bang una dimostrazione "scientifica" della creazione descritta dalla Bibbia e dell'esistenza di Dio. Questa idea di uso religioso del Big Bang era assai diffusa nel mondo accademico anglosassone ed Hoyle ne era uno dei più forti propositori. Il primo propositore del Big Bang era stato infatti Georges Lemaître, fisico e sacerdote cattolico belga nel 1927. Negli anni venti e trenta quasi tutti i maggiori cosmologi preferivano un universo eterno, e molti obiettarono che l'origine del tempo implicita nel Big Bang introduceva concetti religiosi all'interno della fisica; questa obiezione fu più tardi ripresa dai sostenitori della teoria dello stato stazionario.. Lo stesso papa Pio XII, quando fu pubblicata la teoria, la "approvò" con un commento teologico informale, nel 1951, improntato sul paragone con la creatio ex nihilo e avverso all'Ex nihilo nihil fit cosmologico, ossia l'approccio filosofico respinto da Hoyle, e che paragonava il Big Bang al Fiat lux biblico. Tuttavia, gli approcci di una qualsivoglia fede spirituale o - in termini filosofici - trascendenza - su tale teoria, possono essere molto aperti, e di vario tipo. Molti scienziati successivi, tra cui moltissimi non credenti come Roger Penrose e il citato Hawking, accettarono infatti il Big Bang senza dover negare la legge di Lavoisier né il primato della scienza sulla religione nella conoscenza della cosmologia, elaborando ad esempio il modello ciclico, la teoria del multiverso e la cosmologia quantistica, in quanto, come affermato da Jim Peebles, "il Big Bang descrive come il nostro universo evolve non come iniziò", ossia ne descrive un'espansione inizialmente calda e un progressivo raffreddamento, e non un "emergere dal nulla" tramite un'esplosione (termini usati solo a livello di divulgazione scientifica popolare onde semplificare la comprensione dei fatti). Hoyle scelse tuttavia di opporsi anche alla scientificità del Big Bang stesso, non ritenendo possibile che tutta la materia ed energia fossero uscite (o fossero state concentrate) da un punto di densità, gravità e parametri infiniti (singolarità gravitazionale), né accettando che lo spaziotempo fosse limitato nel passato.
L'elaborazione della teoria dello stato stazionario
La citata teoria dello stato stazionario rappresenta il più famoso dei lavori di Hoyle, sebbene poi divenuta obsoleta.