對引力模型進行修改的基本目的,是弱化引力在宇宙晚期(即過去的50億年間)和大尺度空間上的效果。構造這些模型并不容易,它們要經(jīng)過兩道關卡的測試,一是宇宙早期演化的過程(尤其是星系的形成),二是早已成熟的關于太陽系中引力效果的觀測。

對愛因斯坦方程的修改,等同于在理論中增加一種新的力,并因此改變光偏轉(zhuǎn)的方向,從而偏離時空曲率所標定的幾何路徑。近期對太陽系的觀測結果將這一偏離限制在很小的范圍內(nèi)。1997年發(fā)射的卡西尼號(Cassini)宇宙飛船于2004年到達土星,隨后轉(zhuǎn)入軌道,并啟動了此行的主要任務,即獲取土星和土星月亮(至少有34個)的圖像。13在飛往土星的7年旅途中,卡西尼還通過一個小型引力透鏡實驗,對廣義相對論進行了檢驗。2002年,當卡西尼飛到太陽背面時(地球、太陽和卡西尼近似呈一條直線),地球向卡西尼發(fā)射了一個光信號,并在信號返回時進行接收。由于太陽質(zhì)量會引起周圍時空的扭曲,因此光信號在來回路上從太陽身邊擦過時,也會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這一旅程所耗費的時間符合廣義相對論的預言(誤差為正負0.002%),從而限制了人們對愛因斯坦理論的修正。

月亮圍繞地球的軌道路徑,也可以被用來檢驗我們的引力模型。作為月球軌道激光測距實驗的準備工作,阿波羅號(Apollo)宇宙飛船(第11,14和15次任務)曾經(jīng)幫助我們將鏡子安置在月球表面。14在隨后的實驗中,一束激光從地球出發(fā),到達月球后被鏡子反射,再由地球上的探測器接收。通過記錄激光的往返時間,我們可以把地月距離測量到1毫米的精度,并由此掌握了大量關于月球軌道的細節(jié)信息。這些測量結果和廣義相對論符合得非常完美,因此嚴重限制了科學家們對引力理論的修改工作。

盡管如此,科學家們還是提出了一批改良版的引力模型(這一名單的長度還在繼續(xù)增加)。15有些模型在理論中添加了一種新的具有微小質(zhì)量的引力子(引力子可以傳播引力,一般認為是沒有質(zhì)量的)。在距離比較近的時候,一個具有質(zhì)量的引力子仍然會遵守牛頓和愛因斯坦的引力理論,也并不會帶來麻煩。但在長距離上,引力子會傾向于衰減為更輕的粒子,從而不能圓滿地完成傳播引力的任務。這個過程顯然會削弱引力在大尺度上的作用效果。另外,還有一些模型則嘗試著在愛因斯坦方程中增添一些新的項。這種修正聽起來簡單,但實際上遠非如此。根據(jù)這種思想,人們曾經(jīng)提出過一些簡單模型,但深入地研究表明這些模型都等效于引入一種新的長程力,且與太陽系內(nèi)的引力實驗結果相矛盾。在否定了這些簡單模型之后,科學家們又提出了一些更復雜的修正版本,以盡力減小差異。