包括英國樸茨茅斯大學(xué)科學(xué)家在內(nèi)的一個國際團(tuán)隊，現(xiàn)在已能在外太空測試愛因斯坦的引力理論。他們通過檢查來自太空和地面望遠(yuǎn)鏡的新數(shù)據(jù)來做到這一點，這些望遠(yuǎn)鏡精確測量了宇宙膨脹以及遙遠(yuǎn)星系的形狀和分布。該研究發(fā)表在《自然·天文學(xué)》上，探討了修改廣義相對論是否有助于解決宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型面臨的一些開放性問題。

宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型基于廣義相對論，廣義相對論將引力描述為空間和時間的彎曲或扭曲。雖然愛因斯坦方程已被證明在太陽系中運行良好，但尚未通過觀測證實它們適用于整個宇宙。

樸茨茅斯大學(xué)宇宙學(xué)與引力研究所小山和哉教授說：“我們知道宇宙膨脹正在加速，但要使愛因斯坦的理論發(fā)揮作用，還需要這個神秘的宇宙學(xué)常數(shù)。對宇宙膨脹率的不同測量給了我們不同的答案。為了嘗試解決這個問題，我們改變了物質(zhì)和時空之間的關(guān)系，并研究了如何限制與廣義相對論預(yù)測的偏差。”他認(rèn)為結(jié)果是有希望的，但離最終解決還有很長的路要走。

廣義相對論方程可能的修改包含在3個現(xiàn)象學(xué)函數(shù)中，描述了宇宙的膨脹、引力對光的影響以及對物質(zhì)的影響。使用貝葉斯推理統(tǒng)計方法，團(tuán)隊首次同時重建了這3個函數(shù)。

小山教授補(bǔ)充道，在過去的5—10年里，已經(jīng)對這些函數(shù)進(jìn)行了部分重建，但還沒有足夠的數(shù)據(jù)來同時準(zhǔn)確地重建這3個函數(shù)。“目前的觀測結(jié)果已足夠好，可限制與廣義相對論的偏差。但與此同時我們發(fā)現(xiàn)，即使擴(kuò)展了引力理論，也很難解決標(biāo)準(zhǔn)模型中的這個問題。”

但一個令人興奮的前景是，幾年后研究人員將獲得更多來自新探測器的數(shù)據(jù)。這意味著他們將能繼續(xù)優(yōu)化與廣義相對論的相關(guān)問題。一些即將到來的天文學(xué)任務(wù)也將提供對宇宙中聚集物質(zhì)，也就是天文學(xué)家所稱的大尺度結(jié)構(gòu)的高度準(zhǔn)確3D地圖，這是觀察遠(yuǎn)距離引力的必經(jīng)路徑。

加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)萊福恩·珀茍希安教授表示，隨著精密宇宙學(xué)時代的到來，人們即將在宇宙學(xué)尺度上以高精度了解引力。目前的數(shù)據(jù)已描繪出一幅有趣的畫面，如果進(jìn)一步證實，則可為解決宇宙學(xué)的終極挑戰(zhàn)鋪平道路。