當代人類文明在理解和利用自然規(guī)律方面取得了巨大的進展。從行星的運行軌跡到細胞的分裂過程,我們已經(jīng)建立了一套完整的理論體系來描述這些現(xiàn)象。然而,鮮為人知的是,現(xiàn)代科學技術的一切成就實際上都是建立在一個世紀甚至更久前的理論基礎之上。自從愛因斯坦提出廣義相對論以來,基礎物理學已經(jīng)停滯了一個多世紀。即使在如今的航空航天和計算機領域,最常用的理論仍然是牛頓的萬有引力定律和量子力學中關于半導體的一小部分知識。許多理論,包括相對論在內(nèi),至今仍未被轉化為實際應用。
即使是相對論的預言,如引力透鏡現(xiàn)象,至今仍在進行驗證?茖W家們通過研究黑洞、引力波、時間膨脹和質(zhì)能方程等現(xiàn)象,一次又一次地領悟到愛因斯坦的偉大。然而,仍有一些預言只能在宇宙深處才能被觀察到。
引力透鏡是一種奇特的現(xiàn)象。在1979年3月,天文學家拍攝到了一張照片,照片中央是兩顆外觀和亮度都極其相似的類星體。然而,這兩個類星體實際上是同一個物體。之所以會出現(xiàn)一變二的奇特現(xiàn)象,是因為這個類星體與地球之間存在一個巨大的引力源。
根據(jù)愛因斯坦廣義相對論的預言,光線在經(jīng)過大質(zhì)量天體時會受到引力的影響,從而發(fā)生一定程度的偏折。因此,之前觀測到的類星體一變二的情況,實際上是類星體發(fā)出的光在到達地球的途中被某個質(zhì)量更大的天體的引力折射了,從而在幾十億光年的尺度上分裂成了兩個完全相同的類星體圖像。
要解決這種視覺上的干擾并不難,只需將觀測波段從可見光轉移到無線電波段。因為被折射出的另一個虛假類星體只能在可見光波段被觀測到,它本身沒有質(zhì)量,也不會發(fā)射電磁波。因此,通過射電望遠鏡的觀測,就能輕松區(qū)分出哪個類星體是真實的。
隨著哈勃太空望遠鏡的升空,天文學家首次具備了在地球之外觀測星空的能力。沒有了地球大氣的干擾,哈勃望遠鏡開始不斷捕捉來自宇宙深處的高清圖像,并將其傳回地面控制中心。
正是在這個時期,引力透鏡現(xiàn)象再次被發(fā)現(xiàn)。這次發(fā)現(xiàn)的引力透鏡被天文學家稱為愛因斯坦十字。它是由透鏡星系兩側各有一個類星體組成的。當光線經(jīng)過引力透鏡時,光線會被引力彎曲,形成一個十字形的圖案,類似于一個巨大的X,因此被稱為愛因斯坦十字。
通過研究愛因斯坦十字和其他引力透鏡現(xiàn)象,天文學家能夠測量和推斷出宇宙中的物質(zhì)分布和質(zhì)量分布。引力透鏡現(xiàn)象提供了一種間接測量宇宙中暗物質(zhì)的方法,因為暗物質(zhì)不會與電磁波相互作用,無法直接觀測到。通過觀測引力透鏡現(xiàn)象,科學家能夠推斷出暗物質(zhì)對光線的影響,從而確定其存在和分布。
此外,引力透鏡還可以用來測量宇宙的膨脹速率。根據(jù)愛因斯坦的方程和宇宙學常數(shù),引力透鏡現(xiàn)象提供了一種測量宇宙膨脹速率的方法,即哈勃常數(shù)。通過觀測不同距離的引力透鏡現(xiàn)象,科學家可以推斷出哈勃常數(shù)的值,從而了解宇宙的膨脹速率和演化。
廣義相對論揭示了宇宙中引力的奧秘,并提供了解釋和預測宇宙中各種現(xiàn)象的理論基礎。引力透鏡現(xiàn)象作為廣義相對論的預言之一,為科學家們提供了研究宇宙的窗口。通過觀測和分析引力透鏡現(xiàn)象,我們能夠了解宇宙的結構、暗物質(zhì)的分布以及宇宙的膨脹速率,進一步揭示宇宙的奧秘。