引力透镜(1)

透镜大家都见过,也都常用.越来越多的人有副眼镜,这是凹透镜,大多数人老了要用放大镜看东西,这个是凸透镜.

透镜可以放大图像,可以缩小事物,可以成正像,可以成倒像.这些其实都是表象,本质上,所有透镜都做同一件事情,就是扭曲光线.

我们看到这个世界,是因为这个世界发出的光线进入了我们的眼睛.当有一个透镜摆在眼睛前面,光线的路径就被改变了.结果是我们看到的世界被扭曲了,偏离了她真实的形象.从这个意义上讲,很多东西都可以称作广义的透镜,比如玻璃,水杯,甚至大气层.

这些广义的透镜中最神奇的就是引力透镜了,它无处不在,却不被我们察觉.只是因为它所影响大多数情况下是微妙的,它所影响的光源是天文距离上的.所以一般人不能够察觉.

故名思义,引力透镜是因为光的路线被引力改变了.而引力是所有东西所共有的性质(只要是存在在宇宙里的东西,没有无引力的),所以,引力透镜到处都是.我是一个引力透镜,你也同样是一个引力透镜.


引力会对光线造成影响的想法已经很有历史,在牛顿的时代,牛顿认为光线是一束粒子,而且有其质量,这样引力当然就会使这束粒子偏转.但随即,很多 重要的实验显示,光似乎更像一种波动,而不是粒子.引力对波的影响是什么样的呢?大家不知道.这个想法就被搁置了下来.直到爱因斯坦发展出广义相对论,人 们终于有了神兵利器可以处理引力和光线作用的问题.在广义相对论的框架下,物质的存在会让周围的空间被扭曲,这种扭曲影响了光线的行进路线.

但多数情况下,物质周围的引力场太弱了,光线路线的改变微小的无法察觉.举例来说,人们第一个发现的引力透镜现象是水星发出的光线,在太阳强大的引力场影响下偏离了2个角秒.而一个角秒有多大呢?请你把你的手臂伸直,立起小拇指,小拇指所挡住的视角是1度,一度是3600角秒!另一个说明角秒的例子是,太阳在天上的视角大概是一度(你可以用小指刚好挡住),太阳造成的水星光线的偏转是它本身尺度的1/3600.

但在天文尺度上还是有不少极具统治力的引力源,比如黑洞,星系,星系团.这类强大引力源会使周围的空间剧烈的扭曲,透过它们的身旁去看远方的天体.那些天体的像会被扭曲的不像样子.甚至出现多重像.

天文学家们研究这些像扭曲的样子,可以推断出这些强大透镜的性质.如今,这一手段已经成为天文学家探测宇宙结构最有效的手段之一.