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这是一个相当复杂的过程，包括了很多物理理论、数学知识、计算技术、工程设计等方面的知识。就物理概念的大框架来说，科学家们大概用如下方法估计这个比例。
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以刚才说到的银河系为例，从观测到它的恒星旋转速度与引力理论计算之差距，还有以银河系作为引力透镜的效果，可以计算银河系中暗物质相对于正常物质的比值。而“整个宇宙”（注：这里和本书中，皆指整个“可见”宇宙），可能含有1750亿个星系，每个都有数千亿颗恒星、行星、卫星尘埃、暗物质等。“普朗克”卫星巡视宇宙中所有的星系后，可以估计出宇宙中暗物质相对于正常物质的比值。天文学家早就知道如何估计宇宙中正常星体的总质量，现在，从“明暗”物质的比例便能算出宇宙中暗物质的总质量。不过，我们暂且将这两个数值放在一边，因为还有两个与宇宙总质量有关的观测事实，我们必须考虑。一是宇宙一直在膨胀并且加速膨胀的事实。从膨胀的速度和加速度，可以估计出宇宙的总质量。不同模型有不同的公式，但大同小异，在此不予详细介绍。另一个是有关宇宙的整体平坦性。根据广义相对论的结论，在大质量天体附近，时空是弯曲的，我们观测到光线偏转、引力产生的进动、谱线红移等事实，毫无疑问地验证了爱因斯坦的结论。广义相对论的应用可以扩大到整个宇宙，即研究宇宙的大尺度结构和形态，用来估算宇宙作为一个整体的曲率和形状：宇宙是开的，还是闭的？是像球面、马鞍面，还是更像平面？这个理论涉及一个“临界质量”。如果宇宙的总质量大于临界质量，比较大的引力效应使得宇宙的整体形状成为球面；如果宇宙的总质量小于临界质量，引力效应更弱一些，宇宙的整体形状是马鞍面；宇宙的总质量等于临界质量则对应于平坦的宇宙。
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根据天文观测得到的宇宙学资料，宇宙在大尺度范围内是平坦的，说明宇宙的总质量大约等于临界质量。
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但是，从宇宙加速膨胀得到的宇宙总质量，或者考虑平坦宇宙应该具有的临界质量，都大大超过观测所估计的“明物质”加“暗物质”之总和。
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物理学家提出的“暗能量”，便是为了解释这个宇宙组成中所缺失的大部分。如此便有了图6-3-1中所画的比例。图中所示的比例成分，是2003年“威尔金森微波各向异性探测器”（Wilkinson Microwave Abisotropy，WMAP）卫星给出的结果。2013年，“普朗克”卫星给出的数据是68.3％的暗能量、26.8％的暗物质，以及4.9％的通常物质。
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既然提出暗能量的假说，那么至少总要根据理论的需要描述一下它是个什么东西吧。暗能量像是存在于宇宙中的一种均匀的背景，在宇宙大范围中起斥力作用，加速宇宙的膨胀，但是又不能严格地说它是一种斥力，因此只能称其为能量。天文学家用暗能量来解释宇宙加速膨胀及宇宙整体平坦的观测事实。而暗能量作为一种物理实在，其本质又如何解释呢？对此又有两种说法：一是认为其是弥漫于宇宙中的某种标量场，二是认为它类似某种“真空能”，真空不空，且具有能量，但人们很难探测到它的存在。第二种说法实际上与爱因斯坦在引力场方程中引入的“宇宙常数”有关。爱因斯坦提出广义相对论时，物理界普遍认为宇宙是整体静态的，即既不膨胀也不收缩。因此，爱因斯坦在方程中加上了“宇宙常数”一项，其目的是用以维持一个静止宇宙的图景。但事实上，由此常数的不同数值，可以控制宇宙的演化情形。
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之后，哈勃证实了宇宙不是静止的，而是在不断膨胀。爱因斯坦还曾经为引入了那个宇宙常数懊恼不已，要将“宇宙常数”收回去，认为是自己所犯的“最大的错误”。再后来，在爱因斯坦早已去世的1998年，天文学家又证实了宇宙不但在膨胀，还是加速膨胀。为了解释加速膨胀和暗能量，天文学家和物理学家又把爱因斯坦丢弃的宇宙常数，当宝贝一样捡了回来。不知道如果爱因斯坦的在天之灵听到这个意外的消息，将作何表情？
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因为都是“暗货”，人们经常将暗物质和暗能量混淆。并且，根据爱因斯坦的质能关系式：E＝mc2，质量和能量可以看作是物质同一属性的2个方面，那么为什么还要将两种暗货区别开来呢？其中原因很难说清，基本上还是因为我们尚未明白它们到底是什么？
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这两种“暗货”在宇宙中的具体表现大不相同。也就是说，暗物质和暗能量这两个概念在本质上有所区别。虽然它们也许有关系，但有什么关系没人知道。人们知道更多的是两者的不同。暗物质吸引，暗能量排斥。暗物质的引力作用与一般普通物质之间的引力一样，使得它们彼此向内拉，而暗能量却推动天体互相向外分离。暗物质的影响表现于个别星系，而暗能量仅仅在宇宙尺度起作用。可以如此总结宇宙不同成分的作用：宇宙由明物质和暗物质组成，并因暗能量而彼此分开。
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宇宙中各种成分的比例并非一成不变的。除了因为不同地点、不同卫星、不同年代，提供不同数据而算出不同比值的人为差距之外，理论模型还预言该比值在大时间范围内的变化，如图6-3-3所示。
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图6-3-3 暗物质和暗能量的“拉锯战”
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图6-3-3中可见，暗质量增加宇宙中的质量，使得天体互相拉近，图中将它们的作用比喻为向下拉的弹簧。而暗能量在图中被比喻为升空的气球，欲将控制宇宙大小之“弹簧”拉长，使得其间天体互相分离。这两种作用不停地进行这种“拉锯战”。图6-3-3还分别形象地表示出了90亿年前、50亿年前，以及现在的宇宙大小及两种作用的大小。
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尽管已经有越来越多的证据显示暗物质和暗能量的存在，但这些“证据”毕竟是间接的。因此，近年来科学家们一直在努力改进实验和观测手段，试图“捕获”这些暗货，但迄今尚未成功。理论学家们也在努力建立其他的模型来解释它们。真正有这些我们完全不了解的物质存在吗？宇宙加速膨胀真的来自于暗能量这种额外力量的推动吗？会不会是观测结果不够准确呢？或许是作为宇宙学基础的广义相对论有某种根本性的问题？
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2015年年初，暗货领域又传来了与我们过去认识有所不同的新消息：暗货添加了新内容！除了暗物质和暗能量之外，可能还有一种未知的暗相互作用，由某种“暗光子”传递？如此推论下去，也许暗物质是由数种粒子组成的，它们会相互作用，组成暗原子、暗分子甚至暗星系，构成一个“暗世界”？
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有关暗能量和暗物质，还有很多未解之谜，对它们的探索和物理解释是对21世纪理论物理学最严峻的挑战！
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 [:1700970791]
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爱因斯坦与万物之理：统一路上人和事 4．群星灿烂
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近代物理理论中有3个最重要的常数：光速c、普朗克常数h、引力常数G。物理学家以它们为基础，分别建立了相对论、量子力学和引力理论。
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常数本来是不会改变的，但可以认为它们在相对的意义上变化，从而将各种不同的物理理论互相当作某个常数相对变化而趋近的极限。比如说，在狭义相对论中，将光速c作为信息传递的最大速度，因而避免了超距作用。而牛顿力学中则隐含着“超距”，即信息传递不需要时间，相当于传递速度等于无穷。因而，经典力学可以被看成是光速c趋于无穷时狭义相对论的极限。类似地，普朗克常数h是建立量子力学时被引入的，与微观世界中能量是“一份一份”的规律有关，对于经典时能量连续的情况，相当于普朗克常数h趋于零的极限。此外，在任何理论中，如果暂时不考虑引力效应，就意味着将引力常数G取值为零，或趋于零时的极限。
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根据上述想法，我们可以将近代物理学中的各种理论，画到一个三维的立方块上，如图6-4-1（a）所示。这样一来，各个理论模型及它们之间的关系一目了然。
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图6-4-1 统一理论的模型和代表人物