要理解科學家們?yōu)槭裁慈绱藞孕糯蟊Ｐ褪菍τ钪嫜莼某錾?而且是目前最好)的描述,我們必須注意到,上述三個關鍵證據并不是來自某個單一實驗或觀測,而是由很多不同的科學家,使用不同的方法和儀器所共同得出的結論。進一步來說,支撐大爆炸模型的每個證據,都著眼于宇宙的一個不同組分和演化歷史上的一個不同時期。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時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,這絕對是科學史上最偉大的成就之一。

我們的未知

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

宇宙間存在黑暗成分的第一個觀測證據,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附近星系團的質量——當時所能找到的最大、最重的物體。他將目標鎖定為后發(fā)座星系團(Coma cluster)。這個星系團所包含的一千多個星系,全部都在星系團質量的引力牽引下,以難以置信的速度在空間中旋轉。茲維基重點觀測了其中8個星系,并發(fā)現(xiàn)它們比預期的運動速度快得多。

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雄心勃勃的方案。通過觀察物體在空間中的運動,并(合理地)假定引力是導致這些運動的原因,我們就可以推斷出應該存在的質量。宇宙中的每個物體,都在用一種非常確定的方式吸引著身邊的鄰居——物體的質量越大,產生的引力就越強;而引力越強,運動也就越快。而且,由引力束縛的物體必然存在一個極限速度,超過這個速度的物體一定會從系統(tǒng)的引力中逃逸。