NASA科学家探测暗能量--是时候重写爱因斯坦的引力理论了？

导读：天体物理学中最大的谜题之一可以通过重写爱因斯坦的引力理论来解决吗？

天体物理学中最大的谜题之一可以通过重写爱因斯坦的引力理论来解决吗？根据美国宇航局（NASA）科学家共同撰写的一项新研究，现在还不行。宇宙正在加速膨胀，而物理学家不知道为什么。这一现象似乎与科学家们所了解的关于引力对宇宙的影响的一切相矛盾：这就像你把一个苹果扔到空中，它没有回落，而是继续向上，速度越来越快。宇宙加速的原因，被称为暗能量，仍然是一个谜。

一项新研究标志着最新的努力，以确定这一切是否只是一个误解：对整个宇宙尺度上的引力如何工作的期望是有缺陷的或不完整的。这种潜在的误解可能有助于研究人员解释暗能量。然而，这项研究--迄今为止对因斯坦的宇宙尺度引力理论的最精确测试之一--发现目前的理解似乎仍然是正确的。该研究来自国际暗能量调查，使用智利的Victor M. Blanco 4米望远镜。

8月24日，在里约热内卢举行的国际粒子物理学和宇宙学会议（COSMO'22）上，由包括美国宇航局喷气推进实验室（JPL）的一些科学家撰写的这一结果被公布。这项工作有助于为即将到来的两个太空望远镜奠定基础，这两个望远镜将以比新研究更高的精度探测我们对引力的理解，也许最终会解开这个谜团。

一个多世纪以前，爱因斯坦提出了他的广义相对论来描述引力。到目前为止，它准确地预测了从水星的轨道到黑洞的存在等一切。但是一些科学家认为，如果这个理论不能解释暗能量，那么也许他们需要修改它的一些方程或增加新的内容。

为了查明情况是否如此，暗能量调查的成员寻找证据，证明引力的强度在整个宇宙的历史中或在宇宙的距离中是不同的。一个积极的发现将表明爱因斯坦的理论是不完整的，这可能有助于解释宇宙的加速膨胀。他们还研究了除Blanco之外的其他望远镜的数据，包括欧空局的普朗克卫星，并得出了同样的结论。

根据该研究，爱因斯坦的理论仍然有效。所以现在还没有对暗能量的解释。然而，这项研究将为即将到来的两项任务提供资料。欧空局的Euclid任务，预计不早于2023年发射，该任务有美国宇航局的贡献；美国宇航局的南希·格雷斯·罗曼太空望远镜，目标是不晚于2027年5月发射。这两台望远镜将搜索引力强度随时间或距离的变化。

科学家如何知道宇宙的过去发生了什么？通过观察遥远的天体。一光年是衡量光在宇宙真空中沿直线经过一年时间的距离。这意味着一个一光年外的天体在我们面前显示的是一年前的样子，也就是光第一次离开该天体的时候。而数十亿光年外的星系在我们面前则是数十亿年前的样子。这项新研究考察了延伸到过去大约50亿年的星系。Euclid望远镜将窥视80亿年前的历史，而罗曼望远镜将回望110亿年前。

星系本身并没有显示出引力的强度，但是从地球上看它们的样子却显示了出来。我们宇宙中的大多数物质都是暗物质，它们不会发射、反射或以其他方式与光互动。虽然物理学家不知道它是由什么构成的，但他们知道它的存在，因为它的引力把它暴露出来。我们宇宙中的大型暗物质库使空间本身扭曲。当光在太空中旅行时，它遇到了这些扭曲的空间部分，导致遥远的星系的图像出现弯曲或模糊。这在美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜发布的首批图像中得到了展示。

暗能量调查项目的科学家们在星系图像中搜索由于暗物质弯曲空间而造成的更微妙的扭曲，这种效应称为弱引力透镜。引力的强度决定了暗物质结构的大小和分布，而大小和分布反过来又决定了这些星系在我们看来是如何扭曲的。这就是图像如何能够揭示在离地球不同的距离和整个宇宙历史上的遥远时期的引力强度。该小组现在已经测量了超过1亿个星系的形状，到目前为止，观察结果与爱因斯坦理论所预测的相符。

研究报告的共同作者Agnès Ferté说：“随着测量越来越精确，仍然有挑战爱因斯坦引力理论的余地，”他作为JPL的博士后研究员进行了这项研究。“但是，在我们为Euclid和罗马望远镜做好准备之前，我们仍有许多事情要做。因此，我们必须继续与世界各地的科学家们合作解决这个问题，就像我们在暗能量调查中所做的那样。”