當(dāng)我們把理論計(jì)算的結(jié)果和這些輕元素實(shí)際測(cè)量的豐度進(jìn)行比較時(shí),發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的結(jié)果——宇宙中僅有約5%的物質(zhì)和能量可以以常規(guī)物質(zhì)的形式存在。11

暗物質(zhì)也不可能由反質(zhì)子之類的反物質(zhì)構(gòu)成。大爆炸中產(chǎn)生的所有反物質(zhì)都在隨后很短的時(shí)間內(nèi)湮滅了,留下的只能是物質(zhì)和湮滅所產(chǎn)生的光能。而且,任何常規(guī)粒子的反物質(zhì)都被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分。因此無論暗物質(zhì)粒子是什么,它們都不在標(biāo)準(zhǔn)模型的框架之內(nèi)。

卡爾·薩根(Carl Sagan)曾經(jīng)說過:“偉大的理論需要偉大的證據(jù)。”12宇宙中的大部分成分是完全不同于常規(guī)物質(zhì)的某種存在,這完全稱得上是偉大的理論。而支撐這個(gè)理論的另一個(gè)偉大證據(jù),則來自于對(duì)CMB的新觀測(cè)。CMB在天空中分布的圖像包含了大量信息,隨著數(shù)據(jù)的增加和精度的提高,大爆炸的秘密在圖像中呼之欲出。

這其中最主要的一條信息是宇宙的整體形狀。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論,空間不再是牛頓世界中的靜態(tài)背景。相反,空間將對(duì)能量和物質(zhì)的存在產(chǎn)生響應(yīng),并根據(jù)質(zhì)量的分布發(fā)生凹陷和扭曲。同時(shí),空間和時(shí)間本身也是不可分割的,它們將以時(shí)空的形式形成一個(gè)整體。太陽在時(shí)空中將產(chǎn)生一個(gè)小型凹陷,星系會(huì)產(chǎn)生一個(gè)更大的變形。同理,宇宙中所有物質(zhì)和能量的總和,將影響和改變時(shí)空的整體形狀。質(zhì)量太多,宇宙將像球面一樣向內(nèi)彎曲;質(zhì)量太少,它會(huì)向相反的方向彎曲,形成一個(gè)等效于馬鞍面的開放的三維形狀;質(zhì)量不多不少,宇宙的整體幾何就是平坦的。

在1998年12月下旬,一個(gè)氣球被釋放到南極高原的上空,并依靠其搭載的探測(cè)器記錄了CMB的詳細(xì)分布圖像。在它觀測(cè)的那一片天空中,所得到的圖像明白無誤地告訴我們宇宙是平的——這一結(jié)論堅(jiān)決排除了一個(gè)僅包含恒星和星系之類可見物質(zhì)的宇宙模型。13

除此之外,CMB也記錄了有關(guān)常規(guī)物質(zhì)數(shù)量的信息。在CMB的原始光線出現(xiàn)時(shí),宇宙中的微小團(tuán)塊會(huì)把物質(zhì)拉向致密的區(qū)域或者拉離稀疏的區(qū)域,并通過這個(gè)過程在宇宙流體中產(chǎn)生波紋。在這里,我們不妨想象往兩個(gè)相同的桶里投入兩個(gè)相同的球,但其中一個(gè)桶中裝的是水,而另一個(gè)則是油。假設(shè)我們能在球投出去之后,同時(shí)拍下每個(gè)桶里液面的照片。那么僅憑照片中記錄的液面波紋形式,我們就可以輕松地判斷出哪種流體是水,哪種是油。如果用精度更高的攝影技術(shù)(以及有關(guān)各種油的詳細(xì)知識(shí)),我們甚至能分辨出油的種類。