宇宙饼图是从哪里来的？

在宇宙饼图中，我们对每一个部分给出了具体数值。5%听起来像是个估计值，但是当你听到暗物质和暗能量的占比时，你肯定知道这些数字不是物理学家瞎猜出来的。那么，人们怎么知道宇宙中到底有多少暗物质和暗能量呢？

对于暗物质，我们不能用之前的方法（引力透镜和自转星系）测量它的各个部分，然后把它们都加起来。这是因为恒星和暗物质并不总是好好地摆在一起，等着我们去测量，总有一些暗物质可能藏在我们找不到的地方。

至于暗能量，我们真的不知道它是什么，所以我们不能直接测量它。

虽然我们对这些东西缺乏理解，但我们能用几种不同的办法测量它们的比例，这真令人惊讶。而且迄今为止，不同的测量方法都得到了一样的结果。

推断宇宙有多少暗物质和暗能量的最精确方式是仔细分析一张宇宙婴儿时期的图片，上面是宇宙还是小不点时非常可爱的样子。

我们将在后面说一说这张宇宙婴儿图的来历，以及它背后的含意，但是就现在而言，你知道有这样一张图片就足够了。这张图片叫作宇宙微波背景辐射图，翻到下一页，你就会看到它。

好吧，它看起来并不可爱。事实上，它有点杂乱，充满褶皱（就像大多数的婴儿一般）。这张图片抓拍了宇宙形成时逃出来的第一批光子。更重要的是，它们形成的褶皱数量和图案会真实地反映宇宙中暗物质、暗能量和常规物质的比例。换句话说，如果你改变了它们的比例，那么图片中的图案就会不一样。从这张图片中，我们可以推断，宇宙中存在大约5%的常规物质、27%的暗物质和68%的暗能量。其他任何比例都会使图片不一样。

测量暗能量的另一种方法是从宇宙膨胀的速率（这个数字通过超新星的标准烛光测得）中得出结论。我们知道，暗能量在以越来越快的速度把所有东西向外推。通过估算常规物质和暗物质的情况，我们能计算需要多少暗能量才可以实现这样的膨胀。

我们还能通过观察眼前的宇宙结构来判断暗物质、暗能量和常规物质的比例。宇宙通过一种特定的布局把恒星和星系组织在一起。使用计算机模拟，我们能够从宇宙现在的状态回溯大爆炸刚刚结束的时期，看看需要多少暗物质和暗能量才能使宇宙变成我们看到的样子。如果你在模拟中没有设定适当比例的暗物质，那么你就不能得到现在所看见的星系形状，它们在模拟中形成的时间也无法和现实情况对应。暗物质巨大的质量和引力吸引可以帮助普通物质聚集到一起，星系在极早期形成时必然需要这么多的暗物质。如果你试图仅从常规物质和暗物质的角度解释宇宙中的所有能量，而将暗能量设定为不存在（即暗物质占95%），那么你同样无法在模拟中得到符合实际情况的星系。

令人惊奇的是，所有的这些方法都得出了一致的结论：宇宙由常规物质（5%）、暗物质（27%）和暗能量（68%）组成。虽然我们不了解宇宙中的每一个东西，但我们可以信心十足地说，我们知道它们有多少在那里。我们不知道它们是什么，但我们知道它们存在。欢迎来到“精确无知”的年代。