丹麦科学家在宇宙尺度上验证相对论的正确

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相对论是关于时空和引力的基本理论，主要由阿尔伯特·爱因斯坦创立，依据研究的对象不同分为狭义相对论和广义相对论。相对论极大地改变了人类对宇宙和自然的“常识性”观念，提出了“的相对性”、“四维时空”、“弯曲时空”等全新的概念。它发展了牛顿力学，推动物理学发展到一个新的高度。

天文学上所有的观测都有赖于恒星和星系发出的光，而根据广义相对论，这些发出的光线 都将受到引力的影响。除此之外，对于这些天文学观测信息的判读也完全基于“相对论是正确的”这样一个前提之上。在此 之前，我们一直都缺乏在比太阳系更加宏观的尺度上对相对论进行实验验证的能力。

现在丹麦哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所暗宇宙学中心的科学家们成功测量了从遥远星系团 发出的光在抵达我们这里之前的路途中所受到的引力影响。观测的结果符合理论计算值，这也就验证了相对论的正确性。

人类对于遥远宇宙中天体距离测量的主要手段是天体红移测量，红移的实质其实是一种多普勒效 应，由于距离我们越远的天体的退行速度越大，它便会表现出更大的红移值。也就是说，红移值表达了在天体发出这束光子之 后，其本体由于宇宙膨胀产生的后退速度。，根据爱因斯坦的广义相对论，这些光还会受到大质量天体，如星系团的引力影 响，并产生引力红移。，在宇宙尺度上对星光表现出的引力红移进行精确的测量却从未进行过。

哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所暗宇宙学中心的天体物理学家拉迪克·伍德克(Radek Wojtak)说“这真是太棒了！我们有幸生活在这样一个时代，我们第一次有技术能力去对宇宙引力红移效应进行测量。”

聚光灯下的星系团

伍德克和他的同事斯特恩·汉森(Steen Hansen)和詹斯·乔斯(Jens Hjorth)一起对大约8000个星系团发出的光波数据进行了分析。星系团是 由引力维系起来的星系集群，一般拥有数千个成员星系。它们聚合形成的强大引力效应会对它们发出的光产生影响。

研究人员分别对位于星系团核心区域以及边缘区域的成员星系发出的光进行了研究，测量其波长数据。

伍德克解释说“我们能够对星系发出的光显示的微小红移差异进行探测。我们发现从星系团中央 部位发出的光几乎是‘爬’着逃出星系团的引力场的，而相比之下，星系团边缘位置的成员星系发出的光逃逸起来就要容易得多。”

随后研究人员对整个星系团的总质量进行计算并由此估算出其引力势。现在科学家们便能够借助这 些数据，运用广义相对论原理计算星系团不同位置上光线受到的引力红移影响了。伍德克表示“计算的结果显示，基于广义相 对论进行的理论预测与实际观测数值精确吻合。我们对于星系团的观测显示光表现出的红移值和大质量天体引力场的强度呈反比 关系。用这种方式，我们证明广义相对论原理是在正确的。”

宇宙暗夜之光

这一发现具有重要意义，因为它将帮助科学家们理解宇宙中的“黑暗”——神秘的暗物质和暗能 量。

当我们仰望星空，那漫天的繁星和望远镜中无数的星系、行星加在一起一共只构成了整个宇宙的4%，宇宙的其余部分是由我们看不见也摸不着的神秘物质组成的，这就是暗物质和暗能量。我们无法 观察到它们，因为它们不发射也不反射光线。科学家们知道它们就在那里，因为它们会对周遭空间产生相应的引力作用，我 们能感知这种引力的存在。没有人知道暗物质究竟是什么，通过对其引力强度的观测，我们知道它们的质量有多大。这一有 关广义相对论的最新研究将不会改变目前对于暗物质存在的理论模型。

宇宙的另一个重要组分是暗能量，根据理论模型，暗能量更加神秘，它就像是一种“真空”的存 在，它加速宇宙的膨胀进程。根据基于爱因斯坦相对论的计算结果，宇宙中的暗能量应当占到整个宇宙的72%。也有人拒绝相信这个奇怪的理论，提出了许多不借助暗能量也能解释宇宙加速膨胀事实的模 型。

在大尺度上验证理论

伍德克说“现在我们已经在宇宙学的尺度上进行了验证，这证明了爱因斯坦的广义相对论是正确 的。这也就意味着宇宙中存在暗能量的可能性很大。”从这个角度上来说，这项新的研究将让人类在最终认识暗物质和暗能量的 道路上又迈出坚实的一步，并加深我们对可见宇宙本质的理解。