要理解科学家们为什么如此坚信大爆炸模型是对宇宙演化的出色(而且是目前最好)的描述,我们必须注意到,上述三个关键证据并不是来自某个单一实验或观测,而是由很多不同的科学家,使用不同的方法和仪器所共同得出的结论。进一步来说,支撑大爆炸模型的每个证据,都着眼于宇宙的一个不同组分和演化历史上的一个不同时期。膨胀速率取决于对星系和恒星近期行为的观测(它们大部分的寿命都在几十亿年左右);CMB收集的是宇宙自身在亿万年前所释放的光;而核合成过程研究的对象甚至更早,它搜寻的是宇宙在只有几分钟年纪时形成的原始原子核云。所有这些观测都和简单的大爆炸模型相符,这绝对是科学史上最伟大的成就之一。

我们的未知

当我们对宇宙图景和它的成分理解得越来越清晰时,观测结果也明确地提出了其他三个关键问题。首先,宇宙中存在的物质,远远超过了我们在恒星和星系中所能看到的成分。第二,这些隐形物质中的大多数都不能由我们所熟知的标准模型粒子构成(即上文提到的夸克、电子以及质量更大的另外两个家族)。第三,宇宙的主要成分甚至不是任何形式的物质。

宇宙间存在黑暗成分的第一个观测证据,是由弗里茨·兹维基(Fritz Zwicky)于1933年发现的。8他最初的目的是要测量一个附近星系团的质量——当时所能找到的最大、最重的物体。他将目标锁定为后发座星系团(Coma cluster)。这个星系团所包含的一千多个星系,全部都在星系团质量的引力牵引下,以难以置信的速度在空间中旋转。兹维基重点观测了其中8个星系,并发现它们比预期的运动速度快得多。

尽管是四种基本力中最弱的一员,引力却是宇宙的主要推动者和塑造者。对引力工作原理的理解,使得兹维基有能力去尝试这样一个雄心勃勃的方案。通过观察物体在空间中的运动,并(合理地)假定引力是导致这些运动的原因,我们就可以推断出应该存在的质量。宇宙中的每个物体,都在用一种非常确定的方式吸引着身边的邻居——物体的质量越大,产生的引力就越强;而引力越强,运动也就越快。而且,由引力束缚的物体必然存在一个极限速度,超过这个速度的物体一定会从系统的引力中逃逸。