«Собака.ru»: 据说爱因斯坦的相对论被推翻了！ 这是真的吗？ 新的物理定律在等着我们吗？ 我们的解释很简单！

发生了什么？

事情是这样的：11月11日，享有盛誉的科学期刊《自然通讯》发表了一篇论文。其作者是来自日内瓦和图卢兹大学的相当受人尊敬的科学家，他们正试图搞清楚我们的宇宙是如何构造的（或者更准确地说，它是如何扩张的）。

近30年来，物理学家已经知道宇宙正在迅速扩张。简单地说，自大爆炸以来的时间越长，星系就越加速"逃离"我们。这并不意味着地球是一个特别糟糕的地方，我们在宇宙中的任何地方都可能观察到类似情形。

在过去的30年里，物理学家进行了多次尝试来测量这种加速度。这可以通过不同的方式和尺度（通过观察恒星、星系、星系团等）来完成。因此，在过去的五年里，宇宙学（物理学的分支，研究宇宙作为一个整体的演变——Собака.ru注）家们发现了一个很令人愉快的问题。对不同规模的物体的观测数据不再相互匹配。此外，现有理论已经无法准确地描述它们。我说这是一个令人愉快的问题，因为这意味着科学有了后续前进的方向。

因此，这篇论文的作者研究了这种出入在何种规模上最为明显。

这跟爱因斯坦有什么关系？

因为现代宇宙学模型，即宇宙如何工作的数学描述，恰恰是基于爱因斯坦的广义相对论。
在17世纪，牛顿（据说是在苹果坠落之后）创造了万有引力定律，这我们从小学就在学。它完美地描述了太阳系中发生的一切，但即使是牛顿自己也明白，它对整个宇宙的适用性很差。事实上，如果引力只表现在对物体的吸引力上，那么有限宇宙中的物体就会被吸引到一个中心，而恒星的均匀分布就无法实现。既然我们看到星星均匀地分布在整个天空，我们就不得不假设宇宙是无限的，而牛顿引力无法一致地描述它（所谓的引力悖论）。

为了解释这一事实，爱因斯坦在大约一百年前提出了一种新的重力理论：它假设空间像皱巴巴的薄片一样弯曲。它允许我在科学上的远祖——圣彼得堡物理学家亚历山大·弗里德曼创建了一个数学模型，说明我们的宇宙是如何工作的，这在当时非常有效。 整个现代宇宙学都是以它为基础的。

为何大家都说这一研究会“推翻”爱因斯坦？

事实上，这已经不是第一次了。在过去的五年内，有很多证据表明我们基于爱因斯坦相对论的宇宙学模型过于僵化。它无法帮助我们描述天体物理学家在真实数据上看到的微妙影响。

例如，有哈勃常数这样的量。非常粗略地说，这是观测到的宇宙在当下的膨胀率。它可以通过观察不同尺度的现象来测量：脉动变星、超新星爆炸等等。因此，在这种不同尺度上的观测结果给出了明显不一致的哈勃参数值。这是地球上大多数宇宙学家目前正在研究的主要科学任务之一。

宇宙膨胀率可以如何测量呢？

例如，物理学家使用所谓的红移现象。科学家们知道，一个物体发出的信号会发生变化，这取决于它是正在接近我们，还是正在离开我们。

"这种效应是我们每个人都知道的，"高能与基本粒子物理系副教授、物理学博士、知识学会讲师安东·舍伊金解释道。"想一想，当你站在路边，救护车从你身边经过时，它的警笛声会略有变化。 警笛靠近你时的声音似乎比远离你时声音略高。光也会发生同样的事情。如果一个物体正在迅速接近你，那么它的光线会显得更蓝一点，如果它飞离你，它会显得更红。"

因此，恒星或星系看起来比计算结果更红的程度，应该就能显示它们由于宇宙膨胀而离开地球的速度有多快。

Nature Communications的论文作者分析了今天可用的数据，并看到观察结果与广义相对论的预测不完全匹配。事实是，离地球越远，我们观察到的事件就越老（这是因为来自遥远恒星或星系的光比距离地球更近的光需要更长的时间——Собака.ru注）

论文作者表明，银河系早期历史的事件，即很久以前发生的事件，完全符合爱因斯坦的相对论。 而更"新鲜"的事件就不完全符合了。

"我们发现，在遥远的过去，60-70亿年前，重力井的深度（宇宙在天体、如恒星和黑洞的引力影响下的变形—— Собака.ru）与爱因斯坦的预测完全一致。而在更接近今天的时期，35亿和50亿年前，它们比爱因斯坦预测的要小一点。"论文作者之一、图卢兹大学天体物理学和行星科学研究所（IRAP/OMP）研究员艾萨克·图图索斯说。

那么，爱因斯坦被推翻了吗？

简单说，没有。事实是，在过去的几个世纪里，我们已经很好地掌握了科学方法。因此，在现代物理学中很难找到后来被推翻的既定理论，因为这意味着承认其背后的所有假设都是根本错误的。

物理理论到底是怎么回事？ ——不断精确。之前有牛顿的概念，目前它仍然在太阳系内部运作良好，而在太阳系之外却没有那么好，因为它没有考虑到影响更大规模天体的一些重要因素。但没有人因此说牛顿的理论被推翻了。学校仍在学习它，它仍是科学家众多考量的基础。

爱因斯坦的理论也是如此。它在黑洞和中子星等相对"紧凑"的天体物理物体上效果很好，但在整个宇宙的超大尺度上则没有那么好。

想想过去10年的诺贝尔奖，其中有两个被授予证实广义相对论的研究。在2017中，该奖项颁发给引力波的研究人员，2020年颁发给了研究黑洞的科学家。在这两项研究中，爱因斯坦的预测都得到了出色的证实。

因此，综上所述，Nature Communications发表的论文非常重要，它致力于一个非常相关和有趣的问题。但这只是迈向新的重力理论的一步，它不会推翻，而是补充，或者说发展广义相对论。所以我们不需要扔掉现有的物理教科书，更没必要为此惊慌。