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当时人们对宇宙的研究还处于初级阶段，没有人重视这个发现。一晃几十年过去了。

到了20 世纪60 年代，美国女天文学家薇拉·鲁宾等人在观测螺旋星系转速时，又发现了这个现象。按正常情况，离星系中心越远，受到的引力越弱，所以星系外缘的星体运动速度应该随距离增加而越来越小。

但结果却令人吃惊，处于不同距离的外缘星体运动速度基本一致，基本不受距离影响。也就是说，有别的看不到的东西在吸引着它们，补足了引力强度。于是他们只能得出这样的结论：螺旋星系中大部分物质都是弥散开、看不见的，除了显露出它们的质量影响之外，别的什么也没有显露出来。

1983 年，人们发现距银河系中心20 万光年的一个星体，它的视向速度大于465km/s。根据天体物理学理论，产生这样高的速度只有在银河系总质量十倍于可见物质时才有可能。

这些现象都表明：宇宙中的确存在暗物质。所谓暗物质，是指无法通过电磁波的观测进行研究，也就是不与电磁力产生作用的物质。暗物质自己不发光，别的光线也能直接穿过它，不与它产生任何作用，所以看起来空无一物，但它就在那里。人们目前只能通过引力效应判断宇宙中暗物质的分布。

2006 年，美国天文学家无意间观测到星系碰撞的过程。星系团碰撞威力之猛，使得暗物质与正常物质分开，因此发现了暗物质存在的直接证据。

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虽然人们已经对暗物质作了许多天文观测，但其组成成分至今仍是个谜。让人们无奈的是，暗物质的谜团还没解开，另一个更大的谜团又出现了——暗能量。

1998 年，美国的天文学家们利用遥远星系中的超新星来进行距离测量，从而追溯宇宙随时间的膨胀情况。这些超新星距离我们都在几十到上百亿光年远，所以它们实际上都是在几十到上百亿年前爆发的，这样可以利用它们来研究宇宙早期的情况。观测的结果是：超新星的星系距离比按哈勃定律计算的星系距离大，那些遥远的星系正在以越来越快的速度远离我们，这意味着我们的宇宙正在加速膨胀！

宇宙膨胀在加速是个极其令人惊讶的结果，它与宇宙学家们原先所预测的宇宙在减速的图像完全相反。因为万有引力的吸引特性意味着，任何有质量物体的集合在分散开的时候，其向外膨胀的速度必然会因为物质之间的引力作用而越来越小。所以，人们本以为宇宙膨胀是在踩刹车的，但结果发现它却是在踩油门。这实在是太出人意料了，从根本上动摇了人们对宇宙的传统理解。到底是什么样的力量在推动宇宙加速膨胀呢？这种力表现为与引力相反的排斥力，它能超越引力作用而使宇宙加速膨胀，这不可能是任何一个已知的力，所以人们将导致这种力的能量命名为“暗能量”。

尽管暗能量与暗物质都有着神秘的身份，但它们是不同的。暗物质和普通物质一样有着相同的万有引力作用，而暗能量则刚好相反，它是一种“反引力”，会产生向外的加速度。科学家们对暗物质的组成都摸不着头脑，对暗能量更是只能望而兴叹了。虽然提出了一些模型，但都没有得到证实与公认。

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2002 年，天文学家们获得了宇宙中大部分能量是以神秘“暗能量”形式存在的新证据，这是通过对遥远的类星体进行长期观测而得出的。研究结果显示，约2/3 的宇宙能量由暗能量组成。

目前最新的数据显示，在整个宇宙的质量构成中，我们常说的可见物质只占4.9%，暗物质占26.8%，还有68.3% 是暗能量（质能等价）。虽然看上去我们对宇宙已经了解了很多，但实际上人类对宇宙的认识还处于起步阶段，暗物质、暗能量、类星体等未解之谜预示着人类在宇宙探索的道路上还有很长很长的路要走。

21.7 时空的颤抖：引力波

1887 年，在麦克斯韦做出存在电磁波的预言近二十年后，赫兹在实验室中发现了电磁波。现在，有关电磁波的应用已经融入人们生活的各个角落。人们已经知道，电磁场的传播，也就是电磁波的产生是由电荷的加速运动导致的，电荷无论具有直线加速度还是向心加速度，都会产生电磁波。

像麦克斯韦一样，爱因斯坦也做出了关于另一种波的预言。1918 年，广义相对论发表两年后，爱因斯坦注意到，广义相对论方程式中存在着这样的解：当物体作加速运动时会产生一种波——引力波，它随着时空自身的波动而传播。爱因斯坦指出：引力场也会像电磁场存在电磁波那样以波动的形式离开场源传播下去。

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根据广义相对论推导得知，引力波与电磁波既有相似之处，又有不同之处。引力波同电磁波一样，以光速传播；电磁波是由交变的电场和磁场组合而成，引力波也是一种交变的场，但这种场是时间曲率和空间曲率的起伏，代表着时间和空间的形变；引力波与电磁波都是横波，即波的振动方向与传播方向垂直；但是，电磁波是矢量波，而引力波是张量波，具有极强的穿透力。

矢量波和张量波都是专业术语，我们无须深究，只要通过图21-4 就能观察到它们的不同。从图中可以看到，电磁波中的电场和磁场方向是固定的，而在引力波中，交变场的方向随着波的前进在连续地变化着的，看起来像一个电钻的钻头，是一种螺旋状的波。