廣義相對論面臨挑戰

參考消息網12月11日報道 據美國《新聞週刊》網站11月12日報道，愛因斯坦的廣義相對論將引力解釋爲空間和時間扭曲的產物，這一理論可能並不普遍適用。

這是瑞士日內瓦大學和法國圖盧茲第三大學物理學家的結論，他們研究了一項觀測數據，這項數據繪製了宇宙歷史上不同時間點的上億個星系的形狀。

當研究團隊分析這些星系的質量如何扭曲時空時，他們發現數據與愛因斯坦的預測略有偏差。

這一變化與宇宙膨脹的加速相吻合，因此可能有助於人們理解這一令人困惑的現象。

在愛因斯坦的廣義相對論中，有質量的物體會扭曲空間和時間——就像你把一個保齡球放在牀上，牀墊會變形一樣。

這位物理學家提出，宇宙結構的這種變形就是我們所體驗的引力。

行星或恆星等物體周圍的時空扭曲位於它們自己的小“引力井”中。

當光穿過這些井時，它就像穿過放大鏡一樣彎曲，這個過程被稱爲引力透鏡化。

廣義相對論的這一方面在1919年——也就是這個概念發表四年後——通過部分在日食期間進行的實驗得到證實。

英國天文學家阿瑟·斯坦利·埃丁頓和弗蘭克·沃森·戴森證明，太陽的引力很大程度上偏轉了來自遙遠恆星的光線（在日食期間太陽被遮擋時，這些光線是可見的），這也正如廣義相對論的預測。

這大約是牛頓物理學所預測的偏差的兩倍，牛頓物理學沒有在空間曲度之外考慮到時間曲度。

然而，愛因斯坦的預言在宇宙尺度上是否保持正確，這個問題仍未解答。

在這次新研究中，研究人員使用了暗能量觀測站的數據。這個項目正在測量宇宙的加速膨脹。加速膨脹被認爲由一種被稱爲暗能量的神秘、看不見的力量驅動。

論文作者、日內瓦大學宇宙學家卡米耶·邦萬教授在一份聲明中說：“在此之前，暗能量觀測站的數據被用於測量宇宙中物質的分佈。在我們的研究中，這些數據用於直接測量時間和空間的扭曲，使我們能夠將自己的發現與愛因斯坦的預測進行比較。”

由於光穿越空間需要時間，因此眺望遙遠的宇宙與回顧數十億年前是一樣的。

利用這一事實，研究人員分析了處於宇宙歷史上四個不同時間點(35億年前、50億年前、60億年前和70億年前)的1億個星系，這使他們能夠探索引力井在超過一半的宇宙歷史中是如何變化的。

論文作者、法國圖盧茲第三大學天體物理學家艾薩克·圖圖紹斯教授在一份聲明中說：“我們發現，在遙遠的過去——六七十億年前——這些井的深度與愛因斯坦的預測非常吻合。然而，更接近現在的時候——50億年前和35億年前，它們比愛因斯坦預測的要淺一些。”

研究人員指出，正是在後一個時期，宇宙的膨脹開始加速。

因此，宇宙加速膨脹和引力井變淺這兩個謎團可能是同一個原因造成的——具體來說，引力在大尺度上產生作用的方式可能與愛因斯坦理論所預測的略有不同。

論文作者、日內瓦大學理論物理學家納斯塔西婭·格里姆在一份聲明中說：“我們的研究結果表明，愛因斯坦的預測與測量結果存在3西格瑪的不相容。”

格里姆解釋說，“3西格瑪”的意思是這種差異很有趣，值得進一步研究。然而，她補充說：“在現階段，這種不相容還不足以證明愛因斯坦的理論是錯誤的。要做到這一點，我們需要達到5西格瑪的閾值。因此，有必要進行更精確的測量來證實或反駁這些結果。”

隨着初步研究的完成，研究團隊正準備分析歐洲航天局去年發射的歐幾里得太空望遠鏡的數據，該望遠鏡將提供更精確的引力透鏡化測量結果。