阿爾伯特愛因斯坦在 20 世紀初設計的用於描述物理宇宙引力運作的數學仍然很有效。
在最大的考驗之一迄今為止,一個龐大的天文學家團隊已經繪製了宇宙 110 億年歷史中近 600 萬個星系的分佈圖。
重力將這些星系沿著宇宙網聚集在一起以抵抗宇宙膨脹的向外拉力的方式,以及網絡隨著時間演變的方式,與愛因斯坦著名理論的預測完全一致。
這也許是迄今為止對廣義相對論最大規模的檢驗,涵蓋了宇宙 138 億年歷史的大部分時間——這意味著該理論在最大尺度上也成立。。
研究結果已提交出版,可在三本新預印本提前上傳到 arXiv。
“廣義相對論已經在太陽系的尺度上得到了很好的測試,但我們還需要測試我們的假設在更大的尺度上是否有效。”宇宙學家 Pauline Zarrouk 說法國國家科學研究中心。
“研究星系形成的速度讓我們可以直接檢驗我們的理論,到目前為止,我們正在與廣義相對論在宇宙尺度上的預測保持一致。”
引力是宇宙運作方式的基礎。我們不知道它是什麼或為什麼是這樣,只是有質量的物體往往會吸引其他有質量的物體;吸引力的強度與質量成正比;它改變了質量周圍時空的幾何形狀。
它也像膠水一樣將宇宙粘在一起。產生的大絲引力場跨越整個宇宙;宇宙中的大部分物質沿著以及這個宇宙網的節點。
它是可預測和可測量的,到目前為止,廣義相對論對其進行了很好的約束和定義。但找到理論中的缺陷可以揭示一些非常棘手的問題的解決方案,例如量子力學和經典物理學之間不可調和的差異。因此,科學家們不斷地探索它,看看宇宙的內容在所有尺度上是否都像廣義相對論所說的那樣。
這讓我們來到了勞倫斯伯克利國家實驗室領導的光譜儀器 (DESI) 是一項大型國際合作項目,目前正致力於繪製可觀測宇宙的地圖,以揭示其最大的秘密。已經投入營運了;新的結果是基於對該儀器第一年數據的詳細和擴展分析。
DESI Collaboration 利用這些數據對整個宇宙歷史上的 570 萬個星系和類星體進行了艱苦的調查,繪製了它們從 110 億年前早期宇宙開始沿宇宙網的生長、演化和分佈圖。
他們利用廣義相對論來預測宇宙網的成長和分佈,並發現我們所處的宇宙在史詩般的宇宙尺度上按照相對論所說的方式運作。增加更多的引力,或是去掉一些引力,宇宙看起來就不再一樣。
該結果是在今年早些時候發表的一篇論文測量的基於聲波的宇宙遺跡,當充滿早期宇宙的原子霧消散時,聲波就會凍結。 DESI 合作組織希望持續的努力能繼續揭示宇宙的演化,進而揭示驅動宇宙的神秘力量。
“這是 DESI 第一次觀察宇宙結構的增長,”物理學家 Dragan Huterer 說密西根大學的。 “我們正在展示一種巨大的新能力,可以探測修正重力並改善對暗能量模型的約束。而這只是冰山一角。”
結果也對質量的上限施加了限制,一個我們曾經經歷過的如此「幽靈」的粒子。
調查仍在進行中,合作組織的工作也正在進行中。研究人員目前正在分析 DESI 運行前三年的數據。到該儀器完成工作時,它將收集超過 4000 萬個星系和類星體的數據。
最熱切的希望之一是它將有助於揭示暗物質的本質,即神秘的不可見物質某物負責在宇宙中產生額外的重力;以及暗能量,神秘的看不見的能量某物負責驅動宇宙不斷加速的膨脹。
「暗物質約佔宇宙的四分之一,暗能量約佔宇宙的 70%,但我們並不真正知道其中任何一個是什麼,」物理學家馬克莫斯說勞倫斯柏克萊國家實驗室和加州大學柏克萊分校。
“我們可以拍攝宇宙照片並解決這些重大的基本問題,這個想法令人興奮。”
該團隊的論文現已發布在預印本伺服器 arXiv 上。