廣義相對論三函數首次同時重建

包括英國樸茨茅斯大學科學家在內的一個國際團隊，現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鏡的新數據來做到這一點，這些望遠鏡精確測量了宇宙膨脹以及遙遠星系的形狀和分布。該研究發表在《自然·天文學》上，探討了修改廣義相對論是否有助于解決宇宙學標準模型面臨的一些開放性問題。

宇宙學標準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。

樸茨茅斯大學宇宙學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揮作用，還需要這個神秘的宇宙學常數。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，我們改變了物質和時空之間的關系，并研究了如何限制與廣義相對論預測的偏差。”他認為結果是有希望的，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個現象學函數中，描述了宇宙的膨脹、引力對光的影響以及對物質的影響。使用貝葉斯推理統計方法，團隊首次同時重建了這3個函數。

小山教授補充道，在過去的5—10年里，已經對這些函數進行了部分重建，但還沒有足夠的數據來同時準確地重建這3個函數。“目前的觀測結果已足夠好，可限制與廣義相對論的偏差。但與此同時我們發現，即使擴展了引力理論，也很難解決標準模型中的這個問題。”

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據。這意味著他們將能繼續優化與廣義相對論的相關問題。一些即將到來的天文學任務也將提供對宇宙中聚集物質，也就是天文學家所稱的大尺度結構的高度準確3D地圖，這是觀察遠距離引力的必經路徑。