为什么宇宙的终极理论，必须同时包含广义相对论和量子力学？

爱因斯坦的广义相对论，引力扭曲时空的想法经受住了100多年的检验和测试，包括现在发表在最新一期《物理评论快报》期刊上“事件视界望远镜”（EHT）合作研究的最新测试。尽管取得了成功，爱因斯坦的相对论理论在数学上仍然与量子力学（对亚原子世界的科学理解）不可调和。检验广义相对论很重要，因为宇宙的终极理论必须同时包含广义相对论和量子力学。

加州大学亚利桑那州天体物理学教授迪米特里奥斯·普尔蒂斯(Dimitrios Psaltis)是“事件视界望远镜”的项目科学家，他说：我们希望一个完整的引力理论与广义相对论有所不同，但有很多方法可以修改它。我们发现，无论正确的理论是什么，在涉及黑洞时，它都不可能与广义相对论有显著不同，我们压缩了可能修改的空间。EHT科学理事会成员、天文与天体物理研究所黑洞射电观测专家Keiichi Asada表示：

这是使用超大质量黑洞检验广义相对论的一种全新方式。为了进行测试，研究小组使用了2019年通过事件视界望远镜获得的第一张，位于附近星系M87中心超大质量黑洞的图像。第一个结果表明，黑洞阴影的大小与广义相对论预测的大小一致。亚利桑那州管家理论研究员皮埃尔·克里斯蒂安说：当时，我们无法提出相反的问题：引力理论与广义相对论有何不同，又能与阴影大小保持一致？

想知道我们能不能对这些观测结果做些什么，以便剔除一些替代方案。该研究小组对广义相对论许多修改进行了非常广泛的分析，以确定决定黑洞阴影大小的引力理论的独特特征。高级研究所博士后研究员莉亚·梅代罗斯(Lia Medeiros)说：通过这种方式，我们现在可以确定广义相对论的某种替代方案是否与事件视界望远镜的观测结果一致，而无需担心任何其他细节。该研究小组专注于通过太阳系之前所有测试的各种替代方案。

全新角度

事件视界望远镜（EHT）合作研究项目的高级成员、亚利桑那大学天体物理学教授费亚尔·厄泽尔说：使用新开发的方案，这与之前在太阳系进行的测试相比，发现M87上测量到的黑洞阴影大小，使爱因斯坦广义相对论的修正空间缩小了近500倍。许多修正广义相对论的方法在这个新的、更小黑洞阴影测试中都失败了。马克斯·普朗克射电天文学研究所所长、EHT合作成员迈克尔·克莱默(Michael Kramer)说：

黑洞图像为检验爱因斯坦的广义相对论提供了一个全新角度，加上引力波观测，这标志着黑洞天体物理学新纪元的开始。检验引力理论是一项持续不断的探索：各种天体的广义相对论预测是否足够好，以至于天体物理学家不必担心广义相对论的任何潜在差异或修改？厄泽尔说：我们总是说广义相对论以优异的成绩通过了所有测试，但这是真的，当你做某些测试时，你看不到结果偏离了广义相对论的预测。

虽然所有这些都是正确的，但研究第一次有了一个不同的衡量标准，可以用它来做一个比一般相对论好500倍的测试，这个衡量标准就是黑洞的影子大小。接下来，事件视界望远镜（EHT）团队预计扩大后的望远镜阵列将拍摄到更高保真度的图像，其中包括增加格陵兰望远镜、图森附近基特峰上的12米望远镜，以及北方延伸毫米阵列天文台。当获得位于银河系中心的黑洞图像时，就可以进一步限制对广义相对论的偏离，那么，爱因斯坦还会是对的吗？

博科园｜研究/来自：亚利桑那大学

参考期刊《天体物理学》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.141104

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