暗能量的发现证明爱因斯坦是错的？科学家称：这也不完全是

暗能量相机拍摄了10 个选定的被称为深场的天空区域。 每份多幅图像都为天文学家提供了遥远星系以及它们如何在整个宇宙中分布的一瞥。（图片来源：暗能量巡天）

现今的最大星系调查表明，我们的宇宙并不如爱因斯坦的理论下的应为状态。这种不成块的现象也许意味着与爱因斯坦的广义相对论存在差异，而广义相对论正是科学家们用来理解宇宙结构是如何在130亿年间进化的理论。

“如果这种差异是真的，那么也许爱因斯坦是错的，”暗能量巡天(DES) 的联合负责人之一、巴黎高等师范学院的宇宙学家尼尔杰弗里在BBC 新闻这样说。

DES 团队编制了一份包含数亿个星系的目录，并利用这些星系形状的微小扭曲对宇宙的生命演化进行测量。 几乎所有的测量结果都支持了当时流行的大爆炸这一宇宙学模型。这个模型认为宇宙中的所有物质都是从一个令人难以置信的炽热且微小的点膨胀演变而来。

但其中一种测量方法——物质的集中度——有一点不对劲。如果宇宙比设想的更平滑，那就意味着我们基于爱因斯坦广义相对论的宇宙结构演化的理解是错误的。

但其中一项测量——物质的聚集——有点偏差。 如果宇宙比想象中的更平滑，那将意味着我们对宇宙结构如何演化的理解（基于爱因斯坦的广义相对论）是错误的。

虽然一些新闻头条已经宣称爱因斯坦错了，并且指出物理学家们需要修改他们的模型。但现实情况要微妙得多，这是因为要证实这个差异并不是一件轻而易举的事情。

迄今为止最伟大的调查

来自7个国家 25 个机构的 400 多名科学家效力于 DES，这是有史以来最大的天文学合作之一。 该团队使用智利托洛洛山美洲际天文台的4米（13.1英尺）布兰科望远镜在过去的758个夜晚对八分之一的天空进行了细致的观测。

观测项目始于2013 年，终于2019 年。相对而言观测是容易的部分——结果的发布更难，DES 团队花了两年的时间才发布了根据前三年的观测数据总结的最新结果。

这个结果是让人震惊的！

此次发表的29篇科学论文描述了对2.26亿个星系的详细观测，使其成为了历史上最大最详细的星系调查。

这个庞大的星系目录仍然只占可观测宇宙所有星系的千分之一不到，但这只是一个开始。

这项新研究依赖于的拥有4米口径的布兰科望远镜 上的570 兆像素暗能量相机，此处展示的是智利托洛洛山的美洲际天文台 （图片来源：Reidar Hahn，费米实验室）

测量宇宙

DES利用其星系宝库来研究我们宇宙的两个主要特征，一种被称为宇宙网。事实证明，星系在宇宙中并不是随机分散的，相反，它们是按照自然界中发现的最大的模式组织起来的。在最大的尺度上，天文学家发现了被称为星系团的巨大星系团，长星系丝，宽阔的墙壁和巨大而空旷的宇宙空洞。

宇宙网是一个动态的物体，经过数十亿年的演化而成为现在的状态。天体物理学家认为，很久以前，宇宙中的物质分布要均匀得多。通过研究宇宙网的演化，DES科学家可以了解宇宙是由什么组成的，以及它是如何运行的。这是因为宇宙的构成决定了它的演变，就像改变你最喜欢的蛋糕配方会改变它的口味一样。

DES还使用了一种叫做弱引力透镜的东西。我们从爱因斯坦的广义相对论中可知，物体的引力可以使光的路径弯曲。最著名的例子来自于星系团；它们令人难以置信的质量可以极大地扭曲背景星系发出的光，以至于那些星系在观测者看来被高度拉伸和拉长了。

DES采用了一种更微妙的透镜效应，它被用来寻找星系形状的微小变化，因为这些星系的光已经穿过数十亿光年的空间。通过将这些星系的形状与我们通过对附近宇宙的调查了解到的星系的形状进行比较，DES的天文学家可以绘制出宇宙中物质的分布。

有东西掉了

DES 团队将他们的结果与其他主要调查的结果进行了比较，例如普朗克宇宙微波背景调查，是关于宇宙学中“大爆炸”遗留下来的热辐射的调查。他们的观测结果几乎与现有的观察结果和流行的宇宙学理论完全吻合：我们生活在一个大约有 137 亿年历史的膨胀宇宙中，其质能大约由三分之一的物质（其中大部分是暗物质）组成， 其余的由暗能量组成。

但一个测量结果脱颖而出：一个被称为 S8 的参数，它代表了宇宙中团块的数量。 S8 的值越高，物质聚集越紧密。 新的 DES 结果支持 S8 的值为 0.776，而旧的普朗克结果显示值略高，为 0.832。

普朗克的结果来自于早期宇宙的测量，而DES的结果来自于后期宇宙的测量。这两个数字应该是一致的，但如果它们真的不同，那么我们对巨大结构如何在宇宙时间中的成长和进化的理解——即我们通过爱因斯坦的广义相对论对引力的理解——可能是错误的。因为没有人期望发现这种差异，天体物理学家还没有探索出相对论的哪些部分可能存在缺陷。

文章标题将 DES 结果称为我们现代宇宙学理论基础的一个重大裂缝。 “我一生都在研究这个[结构形成]理论，从感性上讲，我不想看到它崩溃，”来自非DES成员的英国杜伦大学的宇宙学家卡洛斯·弗伦克 (Carlos Frenk) 在接受BBC采访时说，“但从理性上来看，这个测量是正确的，我们必须看看物理学新的可能性。”

但是那些头条和文章忽略了数据存在的不准确性。每一种测量都带有不确定性——科学家只能在现有可用的数据的前提下做到如此精确。当统计学的不确定性被纳入考虑时，DES项目得到的数据和普朗克巡天者卫星观测到的结果会互相影响。但这种影响是十分微小的，微小到不足以触发警报——这也正是它所值得研究的地方。

用统计学术语来说，这两个测量值之间相差只有2.3个标准差。这就意味着如果S8的数据没有真正意义上的差异，并且重复观察100次，它们将会给出98次相同(或更大)的差异。而这一结果则远远低于预示着新发现所通常需要的5个标准偏差值。

那么，让我们期待接下来三年的数据将会带来什么结果。

BY：Paul Sutter

FY：Astronomical volunteer team

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