欢迎来到进口食品商务网！

一项新的研究报告称，科学家们希望测量远古遥远星系中的时间扭曲，以解决有关我们现实的基本谜团，包括超越现有物理学的“第五种力”的潜在存在。

通过观察距离地球数十亿光年的星系，研究人员希望发现一种被称为引力红移的效应的迹象，即光在逃离大质量物体的引力后变得更红。这种红移的光包含了关于大质量物体的引力场如何扭曲时间的线索，这可能会限制我们宇宙中许多悬而未决的问题。

例如，时间扭曲测量可能会揭示引力定律在极端尺度上的变化方式，是否没有被爱因斯坦的广义相对论所预测，也没有被描述天体运动的莱昂哈德·欧拉方程所预测。这个“修正引力”的概念可以评估一种被称为暗能量的神秘力量是否正在加速我们宇宙的膨胀，并揭示暗物质，一种占宇宙绝大部分质量的未知物质。它还可以探测一种未被发现的第五种力的存在，这种力只作用于暗物质粒子，而不是构成行星、恒星和人类的粒子。

日内瓦大学宇宙学副教授卡米尔·邦文(Camille Bonvin)多年来一直在开发一种测量时间扭曲的数学方法。根据周四发表在《自然天文学》(Nature Astronomy)上的一项研究，现在，Bonvin和西蒙弗雷泽大学(Simon Fraser University)的物理学教授Levon Pogosian制定了一项计划，旨在捕捉“对时间扭曲的直接测量”，并找到“修正引力的可能确凿证据”。

Bonvin在给Motherboard的一封电子邮件中说:“我们想要测试爱因斯坦方程的原因是因为在我们的宇宙中有一个我们目前不知道如何解释的大谜团。”“我们观察到，在宇宙开始后大约80亿年，宇宙的膨胀开始加速，我们不知道原因。如果引力用广义相对论(爱因斯坦的引力理论)来描述，如果我们的宇宙中只有物质和辐射，那么这种加速膨胀是不可能的。”

“除此之外，我们想要测试欧拉方程的原因是因为我们从未测试过它对暗物质的有效性，”她继续说。欧拉方程描述了宇宙中物质的运动。对于普通(可见)物质，它已经经过了非常精确的测试和验证。然而，我们相信，除了普通物质之外，宇宙中还有大量(85%)的暗不可见物质。我们不知道暗物质是什么，我们从未探测到它，因此我们不知道它是否符合欧拉方程。很可能暗物质受到额外的力(我们称之为第五种力)的影响，正因为如此，它不服从欧拉方程。出于这个原因，测试暗物质方程的有效性是非常有趣的。”

换句话说，研究人员希望发现是否存在一种全新的、没有被欧拉方程描述的第五种“暗力”，或者引力是否以超出爱因斯坦预测的方式发生了变化。这项研究是更广泛努力的一部分，旨在了解暗物质的本质，并了解宇宙为什么以加速的速度膨胀，这种现象被称为宇宙加速。

“目前有两种方法可以解释这种奇怪的行为，”Bonvin解释说，他指的是宇宙加速。“第一种方法是在宇宙中添加一种新的能量形式，称为暗能量，它具有一些非常奇怪的特性，并导致宇宙加速膨胀。”

“解释宇宙加速的第二种方法是修改引力理论，以这样一种方式，引力本身就是加速膨胀的原因，”她补充说。“这些所谓的‘修正的引力理论’在小距离(在地球上，在太阳系中)表现得像广义相对论，广义相对论已经得到了非常精确的检验。但它们在非常大的距离上与广义相对论不同:人们需要一种不同的引力行为来使宇宙加速。为了确定加速膨胀是由于暗能量还是由于修正的引力，我们需要在非常远的距离上测试广义相对论。”

该团队表示，时间扭曲是这个谜题中缺失的一块，因为它可能会区分在地球上，我们经历的时间流动是相同单位(如秒或小时)的可预测进展，但阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论揭示了时间在整个宇宙中并不是一个常数。

“时间的扭曲描述了时间不是绝对的这一事实，”Bonvin说。“时间流逝的速度取决于引力场。例如，在大质量物体附近，时间过得比在真空中慢。我们把这种随时间流逝的变化称为时间扭曲。”

“有趣的是，时间扭曲存在于所有现代引力理论中，”她继续说道。“然而，时间扭曲的幅度(大质量物体的存在使时间减慢了多少)因理论而异。特别是，在广义相对论中，时间的扭曲和空间的扭曲(由大质量物体产生的引力井)被预测为相同的。在其他的引力理论中，通常不是这样。因此，如果我们能够测量时间的扭曲和空间的扭曲，并将它们进行比较，我们就可以检验广义相对论是否有效。”

为了探测时间扭曲，科学家们需要复杂的天文调查，以精确测量宇宙几十亿年前(目前大约有138亿年的历史)存在的星系的引力红移。暗能量光谱仪器(DESI)是亚利桑那州的一个大型星系调查项目，它已经开始收集这种口径的观测结果。欧洲航天局的欧几里得太空望远镜将于下周发射，它将增加独特的数据集，以及平方公里阵列，它将在本世纪20年代晚些时候完工，成为地球上最大的射电望远镜。

“在我们感兴趣的非常大的距离上测量时间的扭曲，从来没有人做过，”Bonvin说。“目前的调查还不够精确，无法进行这种测量。接下来的调查，如DESI，欧几里得和SKA，将会改变游戏规则。通过这些调查提供的数据，将有可能测量时间的扭曲。”

“这是非常有趣的，因为这是第一次，我们将能够比较时间的扭曲和空间的扭曲，以测试广义相对论是否有效，我们还将能够比较时间的扭曲和星系的速度，看看欧拉方程是否有效，”她指出。“因此，通过一个新的测量，我们将能够测试两个基本理论。”

Bonvin已经是欧几里得和SKA合作项目的成员，他还计划与DESI团队合作。这些丰富的新数据将涵盖扭曲时间的区域，这些区域可能会揭示爱因斯坦和欧拉理论领域之外的奇异物理学。如果对时间扭曲的新测量结果不等于空间和时间扭曲的总和，那么结果将挑战爱因斯坦的广义相对论，而如果测量结果与这些遥远星系的速度不匹配，则意味着欧拉方程可能不成立。

“到目前为止，我们只测量了时间和空间扭曲的总和，所以我们无法进行这项测试，”Bonvin说。“科学家们所做的是测量星系的速度，假设暗物质遵循欧拉方程，以便将这些速度与时间的扭曲联系起来，然后将其与空间加时间的扭曲进行比较。”问题是，如果暗物质不服从欧拉方程，这种方法就行不通了。测试无效。有了我们的新方法，我们不需要做这个额外的假设:我们将能够直接测量时间的扭曲，并将其与空间加时间的扭曲进行比较。”

为此，这种测量时间扭曲的新技术可以在解决宇宙加速、暗物质和存在于得到充分证实的宇宙学标准模型之外的力的长期谜题中发挥作用。

“我们现在真正想做的是将我们的方法应用于数据，”Bonvin总结道。“根据过去和现在的数据，我们无法衡量时间的扭曲。它小于测量中的不确定度。随着下一代的调查，这种情况将会改变，我们应该能够测量。因此，准备这些分析并首次测量这种影响是非常令人兴奋的。”