本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗，题图来自：《星际穿越》

时间膨胀 

1915年，爱因斯坦（Albert Einstein）提出了一个全新的引力理论——广义相对论。当物理学家把广义相对论应用于研究整个宇宙时，他们最终发现，宇宙正在膨胀。

而基于相对论的宇宙学有着这么一个基本预测，那就是由于空间的膨胀，对遥远宇宙的观测应该会表现出时间膨胀。换句话说，遥远宇宙中的事件看起来会比局域宇宙中的事件运行得更慢。

现在，在一项新发表于《自然·天文学》上的研究中，两名天文学家通过使用贝叶斯分析，对在多个波段下观测到的190个类星体的数据进行了评估，并最终发现了时间膨胀的迹象。

超新星标准钟  

想要寻找这种时间膨胀并不容易，它需要一个可测量时间尺度的标准钟。在过去的研究中，天文学家将遥远的超新星所显示的光曲线作为标准钟，并明确地探测到了时间膨胀。

超新星是一类特殊的爆炸恒星，每次超新星爆发都惊人地相似，它们都会在几周时间内，迅速变亮然后逐渐消失。此前，天文学家通过观测在宇宙年龄约为现在一半时爆炸的最遥远的超新星，确认了它们变亮和变暗的速度是近代超新星的一半，与爱因斯坦的预测完全一致。‍

我们知道，当我们通过望远镜观测遥远的天体时，我们看到的是它们的过去。看得越远，看到的宇宙就越是古老。与此同时，在不断膨胀的宇宙中，看得越远，时空就被拉伸得越多，时间膨胀也就应该越是明显。

但是，虽然超新星非常明亮，可天文学家很难在更遥远的距离上观测到它们，也就难以探测到更古老的宇宙的情况。因此，我们还需要对宇宙中其他的早期天体进行观测。

类星体的问题  

幸运的是，超新星并不是宇宙中唯一亮度会发生变化的天体，在20世纪60年代发现的类星体也是如此。

类星体是一类极其明亮的活动星系核，其中心是一个超大质量黑洞。当黑洞在吞噬周围的物质时，大量的能量会被释放出来，并在此过程中释放出明亮的光芒，使得天文学家可以在比超新星更远的地方观测到它们。

活动星系核是一些星系中心的高能区域，由超大质量黑洞驱动。从不同的角度看，活动星系核看起来会完全不一样。（图/ESO/M. Kornmesser and L. Calçada）

在宇宙还处于“婴儿”时期之时，就已经有一些类星体在剧烈地燃烧着。因此，在那些遥远的类星体附近，空间膨胀和时间膨胀的效应都应该更加明显才对。

然而，在过去的搜索中，天文学家却并没有发现那些遥远的类星体表现出了预期的宇宙时间膨胀。过去，通过分析天文学家在几十年间观测到的数百个类星体，科学家发现无论它们相距我们多远，其亮度似乎都在以相同的速率变化。

一些人认为，这表明类星体的亮度变化不是一种内禀性质，而是由于黑洞造成的微透镜效应。甚至还有人认为，之所以没能探测到预期的信号，是因为我们对宇宙学的理解存在基本的错误。

新数据，新方法  

2023年，一组新的类星体数据被公布，这些数据展示了最初由斯隆数字化巡天发现的190个类星体的信息。在20多年的时间里，这些类星体被多个不同的天文任务以不同的波段进行了观测。整个数据集包括在多个波段下对每个类星体进行的多次光度观测。

在新的研究中，两位天文学家利用这些数据，用统计学方法描述了每个类星体的变率（variability），即所谓的“阻尼随机游动”。这种特征为每个类星体分配了一个时间标尺。

就像每颗超新星一样，每一颗类星体都是不同的，而观测到的变率可能取决于它们的内禀特性。有了这些新数据，研究人员就可以将相似的类星体相互匹配，消除这些差异的影响。就像之前对超新星所做的那样，他们标准化了类星体的计时。

最终，他们的结果明确地揭示了，类星体也完全遵循着广义相对论所预测的，即古老的宇宙比现在运行得慢得多。他们通过观测到的最遥远的类星体发现，当宇宙的年龄大约只有现在的1/10时，时间流逝的速度是今天的1/5。

这些结果除了驳斥了过去人们对于类星体的变率的推测，还进一步表明，爱因斯坦关于宇宙膨胀的描述是对的。

参考来源：

https://theconversation.com/astronomers-see-ancient-galaxies-flickering-in-slow-motion-due-to-expanding-space-208621

https://www.nature.com/articles/s41550-023-02029-2

https://www.eurekalert.org/news-releases/994149

本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗