修正广义相对论？宇宙学面临难题，到底是谁错了？

从提出至今，爱因斯坦的广义相对论经历了科学家们的多次验证，每一次都通过了考验，证明了爱因斯坦的正确性。然而，试图找到相对论的不普适性的人始终存在，这一次又有科学家提出了新的看法。

我们知道，广义相对论直到现在还可以完美地解释宇宙中的宏观天体物理学现象，尤其是恒星、黑洞乃至星系级别。但正所谓鞭长莫及，在量子领域，广义相对论遭遇了滑铁卢，完全无法进行解释。如今，在宇宙尺度下，也有人对这个理论提出了挑战。

虽然爱因斯坦本人不敢相信，但广义相对论已经从理论上证明了宇宙是在膨胀的。而且，根据1998年的一项研究，我们的宇宙甚至还在加速膨胀。这意味着这种膨胀并不仅仅来自于宇宙大爆炸，而是还有一种机制在提供膨胀的能量，这就是所谓的暗能量。

这也符合量子理论的预测：即便是真空中，也充满了我们注意不到的能量。人类的设备目前还只能观测能量的变化幅度，而不能确定其总量。

然而，根据目前对宇宙膨胀速度的观测，所需的暗能量似乎比量子理论预测的要少得多，这令科学家们有点困惑。如果两个数字对不上号，是否说明暗能量其实不是导致宇宙膨胀的根源呢？如果真的是暗能量产生了斥力，为何这种力比理论预测的要小很多呢？

除了暗能量之外，宇宙中还有一些人类无法观测到的机制，那就是暗物质。和暗能量不同，暗物质能够产生引力，它是将星系的天体聚拢在一起的关键，但同样无法被人类观测到。

关于暗能量和暗物质，目前有一个宇宙学理论得到最多的认可，那就是Λ冷暗物质（LCDM）模型。根据该模型的推测，我们的宇宙的总质能中有大约70%被暗能量占据，还有25%是暗物质，我们能够看见的一切可见物质其实仅占了5%左右。根据天文学家近20年来的观测，数据也基本符合这个模型。

但是，这个看起来已经符合预期的理论，也遇到了麻烦，那就是宇宙的膨胀速度。

天文学上衡量宇宙膨胀速度有一个参数，叫哈勃常数，这个常数被提出了差不多100年，但没有人知道它具体是多少。其中LCDM模型可以帮助天文学家进行测算，通过宇宙大爆炸的余晖——宇宙微波背景辐射，天文学家测出了哈勃常数的一个数值。

天文学家还有一个更加“简便”的方法，那就是直接测量处于宇宙各个位置的天体和我们的距离，以及它们的退行速度，就可以算出哈勃常数的结果。

这两种方法看起来都是经过论证，没有问题的，但结果却并不相同，这意味着有一种方法存在着问题。因此有人提出：或许LCDM模型并不准确，需要进行修正。修正的方法有很多，其中一种就是对引力理论的修正。换句话说，他们认为爱因斯坦的广义相对论或许存在着瑕疵。

因此，验证广义相对论的话题再一次被提出，也有更多科学家加入到这个行列中来。

朴茨茅斯大学宇宙学教授Kazuya Koyama和西蒙弗雷泽大学物理学教授Levon Pogosian等人在《自然-天文学》杂志上发表论文，介绍了他们的最新研究成果。他们参考了大量的宇宙观测数据，测试广义相对论的准确性。

他们从三个方面对广义相对论进行了验证，分别是宇宙的膨胀、引力对光的影响以及引力对天体所产生的作用。他们将三种验证手段结合起来，并利用一种名叫贝叶斯推断的统计学方法，在计算机中重建了宇宙的引力模型。

研究人员的数据来源非常广泛，包括欧洲航天局普朗克卫星的宇宙微波背景数据、超新星目录、美国的斯隆数字巡天（SDSS）项目以及暗能量巡天（DES）项目对遥远星系的形状和分布的观测等。在建立模型之后，他们与现在基于爱因斯坦广义相对论的LCDM模型进行了比较。

没想到，他们还真的发现了一些特殊的情况，那就是计算机模型确实和LCDM模型有不同之处。尽管统计学意义相对来说很低，但这也意味着LCDM模型以及爱因斯坦的广义相对论确实有很小的可能性是需要调整的，否则无法在大尺度下满足实际的天体物理学规律。

他们还注意到，仅仅通过对引力理论的修正，是不太可能解决哈勃常数面临的困境的，也就是还需要其他方面的调整。

研究人员指出，或许宇宙中还存在着其他的机制。他们推测，在宇宙大爆炸之后，由于温度太高，质子和电子无法结合为氢原子。就在这段期间，可能存在着某种特殊的暗物质、暗能量或者原始磁场之类的机制。当然，也可能是本次利用的数据中存在尚未被人类了解的系统误差，需要修正。

不管怎么说，本次研究向世人证明，利用现有设备在宇宙学距离尺度下验证广义相对论是可行的。尽管还没有解决哈勃常数的问题，但研究人员已经提出了新的方法，未来随着更多先进的观测设备的问世，或许就会有更加令人兴奋的研究成果出现。

总而言之，目前很多理论在现有的科学发展程度上是可行的，却未必绝对准确，哪怕是广义相对论。当初牛顿力学被奉若神明，还不是被发现了不适用的情况？或许有一天，广义相对论也会被证明在某些方面存在问题，这对人类来说，将是一件好事。