宇宙餅圖是從哪里來的？

在宇宙餅圖中，我們對每一個部分給出了具體數值。5%聽起來像是個估計值，但是當你聽到暗物質和暗能量的占比時，你肯定知道這些數字不是物理學家瞎猜出來的。那么，人們怎么知道宇宙中到底有多少暗物質和暗能量呢？

對于暗物質，我們不能用之前的方法（引力透鏡和自轉星系）測量它的各個部分，然后把它們都加起來。這是因為恒星和暗物質并不總是好好地擺在一起，等著我們去測量，總有一些暗物質可能藏在我們找不到的地方。

至于暗能量，我們真的不知道它是什么，所以我們不能直接測量它。

雖然我們對這些東西缺乏理解，但我們能用幾種不同的辦法測量它們的比例，這真令人驚訝。而且迄今為止，不同的測量方法都得到了一樣的結果。

推斷宇宙有多少暗物質和暗能量的最精確方式是仔細分析一張宇宙嬰兒時期的圖片，上面是宇宙還是小不點時非常可愛的樣子。

我們將在后面說一說這張宇宙嬰兒圖的來歷，以及它背后的含意，但是就現在而言，你知道有這樣一張圖片就足夠了。這張圖片叫作宇宙微波背景輻射圖，翻到下一頁，你就會看到它。

好吧，它看起來并不可愛。事實上，它有點雜亂，充滿褶皺（就像大多數的嬰兒一般）。這張圖片抓拍了宇宙形成時逃出來的第一批光子。更重要的是，它們形成的褶皺數量和圖案會真實地反映宇宙中暗物質、暗能量和常規物質的比例。換句話說，如果你改變了它們的比例，那么圖片中的圖案就會不一樣。從這張圖片中，我們可以推斷，宇宙中存在大約5%的常規物質、27%的暗物質和68%的暗能量。其他任何比例都會使圖片不一樣。

測量暗能量的另一種方法是從宇宙膨脹的速率（這個數字通過超新星的標準燭光測得）中得出結論。我們知道，暗能量在以越來越快的速度把所有東西向外推。通過估算常規物質和暗物質的情況，我們能計算需要多少暗能量才可以實現這樣的膨脹。

我們還能通過觀察眼前的宇宙結構來判斷暗物質、暗能量和常規物質的比例。宇宙通過一種特定的布局把恒星和星系組織在一起。使用計算機模擬，我們能夠從宇宙現在的狀態回溯大爆炸剛剛結束的時期，看看需要多少暗物質和暗能量才能使宇宙變成我們看到的樣子。如果你在模擬中沒有設定適當比例的暗物質，那么你就不能得到現在所看見的星系形狀，它們在模擬中形成的時間也無法和現實情況對應。暗物質巨大的質量和引力吸引可以幫助普通物質聚集到一起，星系在極早期形成時必然需要這么多的暗物質。如果你試圖僅從常規物質和暗物質的角度解釋宇宙中的所有能量，而將暗能量設定為不存在（即暗物質占95%），那么你同樣無法在模擬中得到符合實際情況的星系。

令人驚奇的是，所有的這些方法都得出了一致的結論：宇宙由常規物質（5%）、暗物質（27%）和暗能量（68%）組成。雖然我們不了解宇宙中的每一個東西，但我們可以信心十足地說，我們知道它們有多少在那里。我們不知道它們是什么，但我們知道它們存在。歡迎來到“精確無知”的年代。