1915年に公開されたアインシュタインの一般相対性理論（GR）は、1919年の日食中に太陽の近くを通過する光の予測される重力偏向が観察された数年後、最初の大きなテストに合格しました。
1960年、GRは実験室での最初の大きなテストに合格しました。ポンドレブカ実験。そして、その出版から90年以上にわたり、GRはテストごとにテストに合格しており、常にフライングカラーを使用しています（優れた概要については、このレビューをご覧ください）。
しかし、テストは常に太陽系内で行われているか、さもなければ間接的でした。
現在、プリンストン大学の科学者が率いるチームがGRをテストして、それが宇宙規模で当てはまるかどうかを確認しています。そして、2年間の天文データの分析の結果、科学者たちはアインシュタインの理論がより広い距離の宇宙の領域と同じように機能すると結論付けました。
70,000を超える銀河の科学者の分析は、宇宙-少なくとも地球から35億光年の距離まで-が、アインシュタインが彼の有名な理論で定めた規則に従っていることを示しています。 GRは90年以上にわたって科学界に受け入れられてきましたが、これまで、太陽系をはるかに超える距離とスケールで理論を徹底的かつ堅牢にテストした人はいませんでした。
宇宙物理学科のプリンストン大学院のReinabelle Reyes氏、共同研究者のレイチェルマンデルバウム、およびユージーンヒギンズ天文学教授のJames Gunn氏は、3月11日のNature誌で彼らの評価を概説しました。
この論文に協力している他の科学者には、チューリッヒ大学のトビアスバルダウフ、ルーカスロンブリザー、ロバートスミス、カリフォルニア大学バークレー校のウロスセルジャックなどがあります。
彼らは、結果は重要である、なぜなら彼らは暗黒エネルギーについての考えを含む宇宙の形と方向を説明する現在の理論を補強し、一般相対論が間違っているかもしれない他の最近の実験からいくつかのヒントを払拭するからです。
「天文学における私たちのアイデアはすべて、この非常に膨大な外挿に基づいています。したがって、これらのスケールでこれが正しいかどうかを確認するために私たちができることは、非常に重要です」とGunn氏は語った。 「それは私たちの活動の基礎となる基盤に別のレンガを追加します。」
GRは、現代の宇宙物理学と宇宙論のすべての基礎となる2つのコア理論のうちの1つです（もう1つは素粒子物理学の標準モデル、量子理論です）。ブラックホールからビッグバンまですべてを説明しています。
近年、一般相対性理論に対するいくつかの代替案が提案されています。これらの修正された重力理論は、大規模な一般相対論から逸脱して、暗黒エネルギー、暗黒物質、またはその両方の必要性を回避しています。しかし、これらの理論は、現在の宇宙論研究の中心となる要素である宇宙の膨張履歴に関する一般相対性理論の予測と一致するように設計されているため、正しい理論を知ること、または少なくとも概算できます。
「私たちは、宇宙の大規模構造とそれを構成するより小さな構造の成長を調べて調べる必要があることを知っていました」とレイズ氏は語った。チームは、Sloan Digital Sky Survey（SDSS）のデータを使用しました。これは、空をマッピングする長期の多施設望遠鏡プロジェクトで、数億個の銀河とクエーサーの位置と明るさを決定しました。
宇宙の端への道のほぼ3分の1に伸びるこれらの銀河のクラスタリングを計算し、それらの速度と介在する材料からの歪みを分析することによって-主に暗黒物質による弱いレンズ効果のために-研究者はアインシュタインの理論は、重力の代替理論よりも近くの宇宙をよりよく説明します。
プリンストンの科学者は、SDSS銀河と銀河団に対する重力の影響を長期間にわたって研究しました。彼らは、この基本的な力が銀河をより大きな銀河の集まりに凝集させる方法と、それが宇宙の膨張をどのように形成するかを観察しました。
批評的に、相対性理論は空間の曲率が時間の曲率と等しいことを要求するので、研究者は光が両方によって等しい量で影響を受けたかどうかを計算できます。
「このテストが実施されたのは今回が初めてなので、これは概念実証です」とマンデルバウム氏は語った。 「今後数年間で計画されている他の天文調査があります。このテストが機能することがわかったので、すぐに利用できるより良いデータでテストを使用して、重力の理論をより厳密に制約することができます。」
科学者たちは、GRの予測力を強化することで、現在の宇宙モデルが理にかなっているかどうかを科学者がよりよく理解できるようになると語った。
「これらの非常に美しい理論的なものを適用するという確信を築くために私たちができるあらゆるテストは、これらのスケールでテストされていないことが非常に重要です」とGunn氏は語った。 「ファンダメンタルズを理解するために複雑なことをしようとするとき、それは確かに役立ちます。そして、これは非常に、非常に、非常に基本的なことです。」
「宇宙スケールに行くことの良い点は、観測されたものを予測できるため、完全な代替重力理論をテストできることです」と、カリフォルニア大学バークレー校の物理学および天文学の共著者であるUros Seljak氏は述べています。チューリッヒ大学の理論物理学研究所で現在休職中のローレンスバークレー国立研究所の教員科学者。 「暗黒物質を必要としない代替理論はこれらのテストに失敗します。」
出典：「プリンストンの科学者はアインシュタインの理論は太陽系を超えて適用される」（プリンストン大学）、「研究は宇宙スケールでの一般相対論、暗黒物質の存在を検証する」（カリフォルニア大学バークレー校）、「弱いからの大規模での一般相対論の確認レンズと銀河の速度」（Nature、arXivプレプリント）
