宇宙的新发现能挑战爱因斯坦的相对论？

科学家们一直通过计算时间和空间的扭曲来验证伟大物理学家爱因斯坦的预测。

为什么宇宙的膨胀在加速？即使在今天，这仍然是科学界最深奥的谜团之一。揭开这个谜团需要仔细研究物理学的基本定律，包括阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论。

日内瓦大学（UNIGE）和图卢兹三院——保罗·萨巴蒂埃的研究人员最近分析了暗能量调查的数据，将爱因斯坦预测与观测到的宇宙现象进行了比较。他们发现了一个在宇宙历史不同时期变化的细微差异。这项研究刚刚发表在《自然通讯》杂志上。

爱因斯坦方程式与宇宙的神秘性碰撞

阿尔伯特·爱因斯坦的理论认为宇宙是由物质扭曲而成的，就像一张柔软的纸在重物体下弯曲一样。这些由巨大天体的引力引起的扭曲被称为“引力井”，当光线穿过这片不平坦的景观时，它穿过这些水井时路径会弯曲，就像玻璃镜片改变光线的方向一样。但在这里，是重力而不是玻璃使光线弯曲。这种效应称为“引力透镜”。

观测引力透镜有助于科学家了解宇宙的组成、历史和膨胀。1919年日食期间对这种效应的首次测量证实了爱因斯坦对光偏转的预测——这是艾萨克·牛顿理论所推测的两倍。这种差异是因为爱因斯坦引入了一个开创性的概念:时间和空间都被引力扭曲，产生了使光弯曲的精确曲率。

通过现代数据验证普遍理论

这些方程式在宇宙边缘仍然有效吗？这个问题正在被许多科学家探索，他们试图量化宇宙中物质的密度并理解其膨胀的加速。使用来自日内瓦大学（UNIGE）和图卢兹大学三所大学的黑暗能量调查（一个绘制数亿星系形状的项目）的数据，保罗·萨巴蒂埃提供了新的见解。

领导这项研究的纽约大学理学院理论物理系副教授卡米尔·邦文表示：“到目前为止，暗能量调查的数据一直被用来测量宇宙中的物质分布。在研究中，使用这些数据直接测量时空的扭曲，使人们能够将所获得的发现与爱因斯坦的预测进行比较。”

（图片说明：布兰科望远镜穹顶，暗能量照相机（DECam）安装在其中，观测背景是银河系。暗能量调查（DES）的合作研究人员使用DECam的星系图像生成宇宙中物质分布的详细地图，这有助于他们更好地理解宇宙是如何膨胀的）

发现了差异

黑暗能量调查的数据使科学家能够深入研究太空，因此可以追溯到遥远的过去。法国-瑞士团队分析了宇宙历史上四个不同点的1亿个星系: 35亿年前、5亿年前、6亿年前和70亿年前。这些测量揭示了引力井是如何随着时间演变的，涵盖了宇宙历史的一半以上。

图卢兹第三大学天体物理学和行星学研究所的科学家发现，在遥远的过去——600至70亿年前，引力井的深度与爱因斯坦的预测非常吻合。然而，到了今天，也就是35亿年前和50亿年前，它们比爱因斯坦预测的要浅一些。

也是在这个时期，更接近今天，宇宙的膨胀开始加速。因此，两个现象——宇宙的加速和引力井的缓慢增长，答案可能是相同的:引力可以在不同于爱因斯坦预测的大尺度物理定律下运行。

挑战爱因斯坦？

这项研究的结果表明，爱因斯坦的预测与测量结果存在3 sigma的不兼容性。用物理学的语言来说，这样的不兼容性阈值引起了物理学家的兴趣，并需要进一步研究。但在现阶段，这种不兼容性的大小尚不足以使爱因斯坦理论失效。要做到这一点，科学家需要达到5 sigma的阈值。因此，有必要进行更精确的测量来确认或反驳这些初步结果，并找出这个理论在宇宙中是否在非常远的距离上仍然有效。

该团队正在准备分析一年前发射的欧几里得太空望远镜的新数据。随着欧几里德从太空中观测宇宙，其引力透镜的测量将显著更精确。此外，预计在任务的六年内，它将观测约15亿个星系。这将使时空扭曲的测量更加精确，使他们能够更早回溯时间，并最终测试爱因斯坦的方程式。