愛因斯坦是對的！科學家證實廣義相對論在遙遠的星系中起作用

一項新的研究證實了愛因斯坦廣義相對論第一次在遙遠的星系。

這項研究支持了我們目前對引力的理解，並為暗物質和暗能量的存在提供了更多的證據-這是兩個神秘的概念，科學家只有通過觀察它們對宇宙物體的影響才能間接地了解它們。

愛因斯坦的廣義相對論，1916年出版解釋了重力是如何由一個被稱為時空結構的概念所造成的。簡單地說，這個理論預測了一個物體的質量-在這種情況下，一個星系-的時空曲線。

自從這個理論第一次發表以來，它已經過測試在我們的太陽系裡有很多次。研究人員說，這項由英國朴茨茅斯大學宇宙學和引力研究所的托馬斯·科萊特領導的國際天文學家團隊進行的這項新研究，是第一次大規模精確地檢驗廣義相對論。

利用美國宇航局哈勃太空望遠鏡和歐洲南方天文台的數據超大型望遠鏡在智利，研究小組發現，引力在遙遠的星系中的行為方式與在太陽系中的一樣-正如愛因斯坦的理論所預言的那樣。

佛羅里達恩布里-里德爾航空大學的天文學家、物理科學主席特里·奧斯瓦爾特(Terry Oswalt)在發給Space.com的電子郵件中說，研究人員檢驗了「我們在地球上看到的同樣的物理定律在其他任何地方都是正確的」。「在所有可能的尺度(特別是最大尺度)上驗證廣義相對論對整個物理學，特別是對宇宙學至關重要，」奧斯瓦爾特補充說，他沒有參與這項新的研究。

在驗證廣義相對論的過程中，這些發現也為暗物質的存在和暗能量科萊特告訴Space.com。科萊特說，暗物質和暗能量是宇宙學標準模型中存在的兩個「奇怪的東西」。

標準模型是描述宇宙中的基本力和粒子是如何一起工作和行為的理論，它的目的是解釋我們的觀察和實驗。然而，我們缺乏對暗物質和暗能量的理解和解釋，根據奧斯瓦爾特的說法，「當今宇宙學的兩個最大的謎團」導致了一些人質疑標準模型.

奧斯瓦爾特說：「我懷疑天文學家是否會在短期內放棄宇宙學的標準模型。」因此，研究人員沒有放棄標準模型，而是「讓模型更精確地解釋觀測數據，」他補充道。

根據科萊特的說法，在標準模型中，暗物質需要解釋恆星繞星系的速度有多快，而暗能量是解釋宇宙為什麼膨脹得更快的原因。

一些科學家建議，「替代重力理論」，如科萊特所描述的，可以消除暗物質和暗能量在標準模型中的需要。然而，由於這個小組已經發現重力在太陽系之外的作用就像它在太陽系內的作用一樣，現在看來我們對重力的理解是正確的，暗物質和暗能量仍然符合標準模型。

科萊特指出，這項研究並不是暗物質和暗能量的具體「證據」，但它是證明暗物質和暗能量存在的補充證據。

為了首次驗證太陽系外的廣義相對論，研究小組使用了強引力透鏡在這種技術中，一個巨大的物體-在這個例子中，一個星系-通過彎曲光線而像一個巨大的透鏡，使得背景物體，也是一個星系的圖像被扭曲。這個天文學家團隊使用了ESO325-G004星系，因為它是離地球最近的透鏡之一，距離地球只有5億光年。

如果這兩個對象對齊良好，則此效果會創建一個圖像環，被稱為「愛因斯坦環」背景星系。「這個環的半徑與光的偏轉成正比，」科利特說，「所以如果你測量環的半徑，你就可以測量[時空]的曲率。」

除了測量時空曲線外，研究人員還必須確定星系的質量，因為廣義相對論可以預測質量產生多少曲率。他們通過測量星系恆星的運動速度來計算這個質量。然後，通過比較這個測量的質量和被測的時空曲率，研究小組發現了廣義相對論對這個質量或星系的預測。

因此，據我們所知，即使在太陽系之外，廣義相對論也是正確的引力理論，科萊特說。這個天文學家團隊希望研究更遠的星系和透鏡，進一步驗證引力在整個宇宙中的作用是一樣的。

「使用世界上最好的望遠鏡挑戰愛因斯坦是如此的令人滿足，但卻發現他是多麼正確，」宇宙與引力研究所所長鮑勃·尼科爾的團隊成員，在一份聲明中說。

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