我们如何了解138亿年的宇宙在诞生之初的故事？如果没有所谓的时光机，这几乎是一个不可能的事。但我们所处的宇宙神奇之处就在于，总有一些痕迹与绝响跨过百亿年的时间长河，被我们捕捉到。本期赛先生天文，让我们跟随作者的脚步，聆听宇宙诞生初期的绝响，一窥暗物质、暗能量的痕迹。
“遂古之初，谁传道之？”我们的先人在2500年前就已经对宇宙的起源、结构和演化进行了系统性的思考，并对当时的宇宙观提出了深刻的诘问，是为“天问”。今天，借助广泛、精密的天文观测，我们对宇宙的认知早已同古人判若云泥。然而，现代宇宙论中亦多有奇幻难解之处，使得今人在夜观苍穹之时，也不免感慨系之、生出更多疑问和遐想来。这种对于自然规律的好奇心古今皆同，使得宇宙学天然具有一种人性的、文化的浪漫。
从古至今，人们对于宇宙最直观的感受，当属它的广袤无垠。随着现代天文学的发展，我们对于宇宙的辽阔更是有了定量的认识。天文学上的距离通常是用光在真空中沿直线旅行一定的时间后所通过的距离来计量的，光走1年通过的距离就是1光年，约9.5万亿千米。那么宇宙有多大呢？可观测宇宙的半径大约有450亿光年。
相较之下，人类的足迹最远只到过约1.3光秒之外的月球，而最远的人造物——旅行者1号，也才“旅行”了不到一光日。因此，人类的存在和影响力相对于宇宙尺度来说，实在是太过渺小，小到我们甚至难以对自己的渺小程度产生直观的感受。然而，就是这么微不足道的人类，竟有能力一窥支配整个宇宙的物理法则，乃至预言宇宙尺度上的自然现象。这又让宇宙学显出一种科技的、文明的浪漫。
因此，宇宙学的研究，既是在满足人类好奇心的极限，也是在挑战人类想象力的极限。长久以来，这门古老的学科一直驻足于哲学上的思辨，直到1915年爱因斯坦提出广义相对论开始，宇宙学才真正成为一门系统、严谨的科学。随后的大爆炸理论更是将最宏大的宇宙与最微小的微观粒子紧密地联系在了一起，让物理学上的“极大”与“极小”以一种奇妙的方式相遇，仿佛“衔尾蛇”一样。
近30年来，得益于技术的发展，各式各样的宇宙学观测项目如雨后春笋般层出不穷，新进展数不胜数。千禧年后授予宇宙学相关研究的诺贝尔物理学奖就有5次（2006/2011/2017/2019/2020）。可以说，我们正处于宇宙学发展的“黄金时代”。
天文观测促使宇宙学进入“黄金时代”的同时，也对物理学提出了重大的挑战。
粒子物理学的标准模型预言的所有基本粒子均已被发现，而以宇宙微波背景辐射（CMB）为代表的的观测却表明这些已知粒子只占到了现今宇宙能量组成的5%左右，正是这5%，组成了我们，以及我们看得见、摸得着的万事万物。而在我们一切经验之外的那95%中，有约25%是暗物质，约70%是暗能量。这“两暗”可谓是笼罩在现代物理学上的两朵“乌云”，是对粒子物理标准模型的严峻考验，却也可能孕育着下一代物理学革命。
要想考察宇宙的演化历史，最直接的办法就是测量宇宙中的物质在不同历史时期的分布，绘制一幅三维的宇宙地图。值得一提的是，由于光速有限，天体愈是遥远，它们的光线到达地球所需的时间就愈长。因此，即使是三维空间中的宇宙地图，也自然会带有时间演化的信息，让我们得以回溯宇宙的历史。这幅地图最基本的组成单元主要是星系，我们的任务便是尽可能详尽地普查宇宙中星系的三维坐标。
有了三维地图，我们还需要从中提取出宇宙的演化信息。幸运的是，星系的分布中隐藏着一把可以用于丈量宇宙大小的“标准尺”。这把“尺子”会随着宇宙的膨胀等比例地变长，因此，测得了这把“尺子”的长度变化过程，也就知道了宇宙的膨胀历史。
目前，我们对暗物质和暗能量的了解仍十分有限，这是因为现有的数据依然不足以支持我们对这“两暗”的性质作出太多确切的断言。然而，随着观测数据的稳步增长，我们对逐步揭开它们神秘的面纱的结局有着越来越强的信心。只是这一过程仍然长路漫漫，需要大量的人力物力投入。