对引力模型进行修改的基本目的,是弱化引力在宇宙晚期(即过去的50亿年间)和大尺度空间上的效果。构造这些模型并不容易,它们要经过两道关卡的测试,一是宇宙早期演化的过程(尤其是星系的形成),二是早已成熟的关于太阳系中引力效果的观测。
对爱因斯坦方程的修改,等同于在理论中增加一种新的力,并因此改变光偏转的方向,从而偏离时空曲率所标定的几何路径。近期对太阳系的观测结果将这一偏离限制在很小的范围内。1997年发射的卡西尼号(Cassini)宇宙飞船于2004年到达土星,随后转入轨道,并启动了此行的主要任务,即获取土星和土星月亮(至少有34个)的图像。13在飞往土星的7年旅途中,卡西尼还通过一个小型引力透镜实验,对广义相对论进行了检验。2002年,当卡西尼飞到太阳背面时(地球、太阳和卡西尼近似呈一条直线),地球向卡西尼发射了一个光信号,并在信号返回时进行接收。由于太阳质量会引起周围时空的扭曲,因此光信号在来回路上从太阳身边擦过时,也会发生偏转。这一旅程所耗费的时间符合广义相对论的预言(误差为正负0.002%),从而限制了人们对爱因斯坦理论的修正。
月亮围绕地球的轨道路径,也可以被用来检验我们的引力模型。作为月球轨道激光测距实验的准备工作,阿波罗号(Apollo)宇宙飞船(第11,14和15次任务)曾经帮助我们将镜子安置在月球表面。14在随后的实验中,一束激光从地球出发,到达月球后被镜子反射,再由地球上的探测器接收。通过记录激光的往返时间,我们可以把地月距离测量到1毫米的精度,并由此掌握了大量关于月球轨道的细节信息。这些测量结果和广义相对论符合得非常完美,因此严重限制了科学家们对引力理论的修改工作。
尽管如此,科学家们还是提出了一批改良版的引力模型(这一名单的长度还在继续增加)。15有些模型在理论中添加了一种新的具有微小质量的引力子(引力子可以传播引力,一般认为是没有质量的)。在距离比较近的时候,一个具有质量的引力子仍然会遵守牛顿和爱因斯坦的引力理论,也并不会带来麻烦。但在长距离上,引力子会倾向于衰减为更轻的粒子,从而不能圆满地完成传播引力的任务。这个过程显然会削弱引力在大尺度上的作用效果。另外,还有一些模型则尝试着在爱因斯坦方程中增添一些新的项。这种修正听起来简单,但实际上远非如此。根据这种思想,人们曾经提出过一些简单模型,但深入地研究表明这些模型都等效于引入一种新的长程力,且与太阳系内的引力实验结果相矛盾。在否定了这些简单模型之后,科学家们又提出了一些更复杂的修正版本,以尽力减小差异。
