天文学家观察到早期宇宙的时间膨胀

天文学家观测到遥远的宇宙正缓慢运行。这是爱因斯坦在一个多世纪前预言的奇特效应，首次在早期宇宙中被证实。

科学家发现，在宇宙仅 10 亿年大（约为当前年龄的 1/10）时，各类事件的发生速度似乎比现在慢 5 倍。这一现象源于宇宙膨胀对时间产生的拉伸效应。

“我们看到当时的事物变化速度约为如今的 1/5，” 该研究的领衔作者、悉尼大学天体物理学教授杰兰特・刘易斯（Geraint Lewis）表示，“就像在看一部调慢了速度的电影。”

根据爱因斯坦的广义相对论，天文学家应能观测到早期宇宙事件的发生速度慢于现代事件。这种被称为 “时间膨胀” 的效应，由宇宙膨胀驱动 —— 这一机制早在爱因斯坦 1915 年关于引力的基础论述中就已阐明。

宇宙膨胀带来的一个结果是，光在穿越宇宙时波长被拉伸，导致波长变长。这一效应使遥远的古老星系看起来比实际更红，即 “红移现象”。而时间同样会被拉伸：若一个遥远天体每秒闪烁一次，由于宇宙膨胀，当这些闪光信号抵达地球时，两次闪烁的间隔会超过 1 秒。

此前，天文学家曾观测到宇宙处于当前年龄一半时的恒星爆发事件，其闪光与消退过程的速度约为正常速度的一半。但通过观测类星体（一种极亮的遥远星系）来寻找早期宇宙时间膨胀效应的尝试，此前一直未能成功。

刘易斯与奥克兰大学的布伦登・布鲁尔（Brendon Brewer）博士，对过去 20 年间观测到的 190 个类星体进行了详细的统计分析。结果发现，与此前研究结论相反，早期宇宙中的天体事件确实呈现出更慢的运行状态。这项发表于《自然・天文学》的研究之所以成功，关键在于从类星体复杂且不规则的光变信号中，找到了类似 “时钟滴答声” 的规律周期性信号。

刘易斯表示，尽管天文学家早已预期能在早期宇宙中观测到时间膨胀，但这一预言仍需实证检验。“在某种程度上，这增强了我们对宇宙运行规律的信心，” 他说，“爱因斯坦为我们构建了宇宙图景，我们不断对其进行检验。优秀的科学家不会想当然地接受这些理论，必须持续验证。”

澳大利亚国立大学（位于堪培拉）的天文学家布莱恩・施密特（Brian Schmidt）教授，曾因发现宇宙加速膨胀而荣获 2011 年诺贝尔物理学奖。他指出，科学的进步源于对理论预言的持续检验。

“在这项研究中，刘易斯及其合作者将此前利用超新星开展的时间膨胀研究，拓展到了更远的距离，” 他表示，“尽管结果再次证实广义相对论的预言与观测相符，但这也澄清了其他研究中关于类星体时间膨胀效应的潜在争议。”

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