当我们把理论计算的结果和这些轻元素实际测量的丰度进行比较时,发现了一个惊人的结果——宇宙中仅有约5%的物质和能量可以以常规物质的形式存在。11
暗物质也不可能由反质子之类的反物质构成。大爆炸中产生的所有反物质都在随后很短的时间内湮灭了,留下的只能是物质和湮灭所产生的光能。而且,任何常规粒子的反物质都被认为是标准模型的一部分。因此无论暗物质粒子是什么,它们都不在标准模型的框架之内。
卡尔·萨根(Carl Sagan)曾经说过:“伟大的理论需要伟大的证据。”12宇宙中的大部分成分是完全不同于常规物质的某种存在,这完全称得上是伟大的理论。而支撑这个理论的另一个伟大证据,则来自于对CMB的新观测。CMB在天空中分布的图像包含了大量信息,随着数据的增加和精度的提高,大爆炸的秘密在图像中呼之欲出。
这其中最主要的一条信息是宇宙的整体形状。根据爱因斯坦的广义相对论,空间不再是牛顿世界中的静态背景。相反,空间将对能量和物质的存在产生响应,并根据质量的分布发生凹陷和扭曲。同时,空间和时间本身也是不可分割的,它们将以时空的形式形成一个整体。太阳在时空中将产生一个小型凹陷,星系会产生一个更大的变形。同理,宇宙中所有物质和能量的总和,将影响和改变时空的整体形状。质量太多,宇宙将像球面一样向内弯曲;质量太少,它会向相反的方向弯曲,形成一个等效于马鞍面的开放的三维形状;质量不多不少,宇宙的整体几何就是平坦的。
在1998年12月下旬,一个气球被释放到南极高原的上空,并依靠其搭载的探测器记录了CMB的详细分布图像。在它观测的那一片天空中,所得到的图像明白无误地告诉我们宇宙是平的——这一结论坚决排除了一个仅包含恒星和星系之类可见物质的宇宙模型。13
除此之外,CMB也记录了有关常规物质数量的信息。在CMB的原始光线出现时,宇宙中的微小团块会把物质拉向致密的区域或者拉离稀疏的区域,并通过这个过程在宇宙流体中产生波纹。在这里,我们不妨想象往两个相同的桶里投入两个相同的球,但其中一个桶中装的是水,而另一个则是油。假设我们能在球投出去之后,同时拍下每个桶里液面的照片。那么仅凭照片中记录的液面波纹形式,我们就可以轻松地判断出哪种流体是水,哪种是油。如果用精度更高的摄影技术(以及有关各种油的详细知识),我们甚至能分辨出油的种类。
