要理解科學(xué)家們?yōu)槭裁慈绱藞?jiān)信大爆炸模型是對宇宙演化的出色(而且是目前最好)的描述,我們必須注意到,上述三個(gè)關(guān)鍵證據(jù)并不是來自某個(gè)單一實(shí)驗(yàn)或觀測,而是由很多不同的科學(xué)家,使用不同的方法和儀器所共同得出的結(jié)論。進(jìn)一步來說,支撐大爆炸模型的每個(gè)證據(jù),都著眼于宇宙的一個(gè)不同組分和演化歷史上的一個(gè)不同時(shí)期。膨脹速率取決于對星系和恒星近期行為的觀測(它們大部分的壽命都在幾十億年左右);CMB收集的是宇宙自身在億萬年前所釋放的光;而核合成過程研究的對象甚至更早,它搜尋的是宇宙在只有幾分鐘年紀(jì)時(shí)形成的原始原子核云。所有這些觀測都和簡單的大爆炸模型相符,這絕對是科學(xué)史上最偉大的成就之一。

我們的未知

當(dāng)我們對宇宙圖景和它的成分理解得越來越清晰時(shí),觀測結(jié)果也明確地提出了其他三個(gè)關(guān)鍵問題。首先,宇宙中存在的物質(zhì),遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了我們在恒星和星系中所能看到的成分。第二,這些隱形物質(zhì)中的大多數(shù)都不能由我們所熟知的標(biāo)準(zhǔn)模型粒子構(gòu)成(即上文提到的夸克、電子以及質(zhì)量更大的另外兩個(gè)家族)。第三,宇宙的主要成分甚至不是任何形式的物質(zhì)。

宇宙間存在黑暗成分的第一個(gè)觀測證據(jù),是由弗里茨·茲維基(Fritz Zwicky)于1933年發(fā)現(xiàn)的。8他最初的目的是要測量一個(gè)附近星系團(tuán)的質(zhì)量——當(dāng)時(shí)所能找到的最大、最重的物體。他將目標(biāo)鎖定為后發(fā)座星系團(tuán)(Coma cluster)。這個(gè)星系團(tuán)所包含的一千多個(gè)星系,全部都在星系團(tuán)質(zhì)量的引力牽引下,以難以置信的速度在空間中旋轉(zhuǎn)。茲維基重點(diǎn)觀測了其中8個(gè)星系,并發(fā)現(xiàn)它們比預(yù)期的運(yùn)動(dòng)速度快得多。

盡管是四種基本力中最弱的一員,引力卻是宇宙的主要推動(dòng)者和塑造者。對引力工作原理的理解,使得茲維基有能力去嘗試這樣一個(gè)雄心勃勃的方案。通過觀察物體在空間中的運(yùn)動(dòng),并(合理地)假定引力是導(dǎo)致這些運(yùn)動(dòng)的原因,我們就可以推斷出應(yīng)該存在的質(zhì)量。宇宙中的每個(gè)物體,都在用一種非常確定的方式吸引著身邊的鄰居——物體的質(zhì)量越大,產(chǎn)生的引力就越強(qiáng);而引力越強(qiáng),運(yùn)動(dòng)也就越快。而且,由引力束縛的物體必然存在一個(gè)極限速度,超過這個(gè)速度的物體一定會(huì)從系統(tǒng)的引力中逃逸。