爱因斯坦是对的：广义相对论得到证实

斯隆数字巡天中星系分布的部分地图，距离70亿光年。我们今天观察到的星系团数量是引力在宇宙时间内如何作用的标志，并可以测试广义相对论是否适用于这些尺度。

爱因斯坦再得一分。一项新的研究证实了广义相对论的历史理论在非常大的范围内有效。

这项研究是对太阳系以外引力理论的第一次严格测试之一。研究发现，即使在浩瀚的星系和星系团中，广义相对论方程也可以预测质量对宇宙中其他质量的影响。

这项新工作也有助于排除一种相互竞争的引力理论，该理论试图消除对暗物质和暗能量等奇异概念的需求，这些概念让一些科学家感到恼火。这项研究表明，这些烦人的想法可能会一直存在。

什么是相对性

当爱因斯坦于1915年首次发表关于广义相对论的论文时，广义相对论震撼了物理学世界。该理论建立在以艾萨克·牛顿定律为基础的传统引力思想之上，但增加了一些全新的概念，如质量使时空形状变形的概念。这意味着在大质量附近的空间中移动的物体甚至光将沿着弯曲的路径行进。此外，这意味着质量也可以拉伸或收缩时间。例如，有人从远处观察一个黑洞，会观察到一个人掉进黑洞的速度非常慢。

为了在距离地球35亿光年的距离上验证这一理论，研究人员分析了对约70000个星系的调查。科学家们综合了三种不同的测量方法。首先，他们计算了星系引起的弱引力透镜，也就是说，他们通过注意周围星系形状的平均畸变来测量星系的质量弯曲了来自周围其他星系的光的程度。

然后，他们将这些数据与星系速度的测量结果相结合，以了解星系是如何相互靠近和远离的。最后，天体物理学家计算了星系在不同距离上是如何聚集在一起的。所有这些测量结果的结合创建了一个独立于理论中特定参数的重力理论测试系统。

科学家们发现广义相对论与他们在大尺度上对宇宙的观测是一致的。他们还测试了两种竞争理论——张量矢量标量引力（TeVeS）思想和另一种称为f（R）（发音为“f of R”）的理论。

f（R）预测的量与观测到的量有些不同，但仍在测量的误差范围内，因此这一理论仍然是可能的。然而，TeVeS做出的预测超出了观测误差的限制，因此科学家们认为他们可能会将这一理论排除在考虑之外。

研究负责人、新泽西州普林斯顿市普林斯顿大学的研究生Reinabelle Reyes说：“一开始还不清楚我们的错误是否小到足以排除其他模型，这真是一个惊喜。”

Reyes说，根据最近对一对被称为子弹星团的碰撞星系团的观测，TeVeS看起来已经很可疑了，这为暗物质的存在提供了有力的证据。这项新研究提供了另一个致命一击。

坚实的支撑

虽然广义相对论已经在物理学家中得到了很好的认可，但新发现为这一理论提供了更坚实的支持。

“很高兴知道广义相对论是相容的，”雷耶斯告诉太空网。“现在我们有话要说，宇宙真的是这样运作的。”

3月11日的《自然》杂志详细报道了这项研究。

为了进一步判断爱因斯坦的理论和其他想法，包括f（R），对更多星系的研究将有助于减少数据的误差范围。

“Reyes及其同事的测量结果意义重大，不仅因为它们在误差范围内与广义相对论一致，还因为它们为未来的高精度测试指明了道路，从而更好地区分广义相对论和一些变体模型，”PhysiistJ说。加州大学戴维斯分校的安东尼·泰森在同一期《自然》杂志上发表了一篇文章。泰森没有参与这项研究。