以更可靠方式理解宇宙,广义相对论三个函数首次同时重建

2022-11-08 09:28:17     来源:科技日报

   科技日报记者 张梦然

包括英国 朴茨茅斯大学科学家在内的一个国际团队,现在已能在外太空测试爱因斯坦的引力理论。他们通过检查来自太空和地面望远镜的新数据来做到这一点,这些望远镜精 确测量了宇宙膨胀以及遥远星系的形状和分布。该研究发表在《自然·天文学》上,探讨了修改广义相对论是否有助于解决宇宙学标准模型面临的一些开放性问题。


宇宙张力的影响。

图片来源:《自然•天文学》

宇宙学标准模型基于广义相对论,广义相对论将引力描述为空间和时间的弯曲或扭曲。虽然爱因斯坦方程已被证明在太阳系中运行良好,但尚未通过观测证实它们适用于整个宇宙。

朴茨茅斯大学宇宙学与引力研究所小山和哉教授说:“我们知道宇宙膨胀正在加速,但要使爱因斯坦的理论发挥作用,还需要这个神秘的宇宙学常数。对宇宙膨胀率 的不同测量给了我们不同的答案。为了尝试解决这个问题,我们改变了物质和时空之间的关系,并研究了如何限制与广义相对论预测的偏差。”他认为结果是有希望 的,但离最终解决还有很长的路要走。

广义相对论方程可能的修改包含在3个现象学函数中,描述了宇宙的膨胀、引力对光的影响以及对物质的影响。使用贝叶斯推理统计方法,团队首次同时重建了这3个函数。

小山教授补充道,在过去的5—10年里,已经对这些函数进行了部分重建,但还没有足够的数据来同时准确地重建这3个函数。“目前的观测结果已足够好,可限制与广义相对论的偏差。但与此同时我们发现,即使扩展了引力理论,也很难解决标准模型中的这个问题。”

但一个令人兴奋的前景是,几年后研究人员将获得更多来自新探测器的数据。这意味着他们将能继续优化与广义相对论的相关问题。一些即将到来的天文学任务也将提供对宇宙中聚集物质,也就是天文学家所称的大尺度结构的高度准确3D地图,这是观察远距离引力的必经路径。

加拿大西蒙弗雷泽大学莱福恩·珀苟希安教授表示,随着精密宇宙学时代的到来,人们即将在宇宙学尺度上以高精度了解引力。目前的数据已描绘出一幅有趣的画面,如果进一步证实,则可为解决宇宙学的终极挑战铺平道路。


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