什么是引力透镜效应?奇妙的爱因斯坦环,让你看到真实的时空弯曲

引力透镜是爱因斯坦时空弯曲理论推导出来的一个结论 , 也是一个预言 。许多人对时空弯曲理论嗤之以鼻 , 认为这种看不见摸不着的东西是科学家们凭想象随意揣测的 。
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引力透镜的发现 , 给这些人扇了一个大嘴巴子 。因为引力透镜效应可以直观地让人们看到时空弯曲的真相 , 让这个无影无踪的时空弯曲现了形 。
何谓引力透镜效应
时空弯曲理论认为 , 质量会导致周边时空形成弯曲 , 质量越大 , 距离质点越近 , 形成的时空弯曲就越厉害 。这种弯曲的时空远处看不见摸不着 , 但当物体靠近这些大质量天体时 , 就会被弯曲的时空改变 , 有被拉扯靠近的趋势 , 并顺着其曲率运动 , 这种现象以引力形式表现出来 。
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这个理论完美解释了万有引力的根源 , 与之相对应的引力场论在万有引力基础上 , 修正了牛顿经典力学的一些错误和误差 , 对天体运动和航空航天的计算更为精确 。
早在1911年 , 爱因斯坦就提出 , 由于大质量天体对周边时空造成弯曲 , 远方恒星的光线 , 掠过太阳表面时会发生微小的偏转 。1916年 , 爱因斯坦发表了广义相对论 , 进一步系统阐述了时空弯曲理论 。
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爱因斯坦的理论惊世骇俗 , 在科学界引起了强烈反响 。为了验证爱因斯坦时空弯曲理论 , 英国天文学家爱丁顿率领一支远征队 , 不远千里特意赶到非洲普林西比岛最佳日全食观测点 。1919年5月25日 , 在日全食状态下 , 观测到了远方星光经过太阳附近 , 发生了1.75"的偏转 。
由此验证了爱因斯坦广义相对论预言:物质决定时空的形状 , 质量扭曲时空表现出来的引力现象 , 使光线发生弯曲 。在宇宙中 , 前置大质量天体能够增亮视线背景星系或扭曲其图像 , 原理类似光学透镜的作用 , 因而称为引力透镜效应 。
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引力透镜效应一般由三个条件构成 , 即观测者、前置天体、被观测背景天体 。观测者当然是我们地球人类 , 通过太空望远镜等设施对宇宙天体进行观测;前置天体 , 就是隔在被观测背景天体与观测者中间的透引力源天体;被观测背景天体就是光线经过引力透镜被人类观测到的远方天体 。
通过观测这些穿越引力透镜的光源 , 就能知道这个透镜的存在 , 由此证实了时空弯曲的存在 。
引力透镜被发现 , 而且越来越多
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图为QSO 0975+561的光学成像 , 下方左图是VLA成像 , 其中可以看到A和B和充当透镜G , A和B镜像对称
最早发现引力透镜效应的 , 是一组英美团队的天文学家:丹尼斯·沃尔什(Dennis Walsh) , 罗伯特·卡斯威尔(Robert Carswell)和雷·威曼(Ray Weyman) 。他们利用美国亚利桑那州基特峰国立天文台2.1米光学望远镜 , 观测到了两个相邻很近的类星体QSO0957+561A和QSO0957+561B , 视角相距只有6" 。
奇怪的是这两个类星体光谱非常相似 , 发射线红移都是1.405 , 吸收线红移都是1.39 , 射电流量密度也非常接近 , 且视距离如此接近 。最终 , 科学家们认为这两个类星体实际是一个实体发生的两个虚像 , 这就是爱因斯坦预言的引力透镜效应形成的像 。