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50亿光年外,天文学家发现星系一分为二,爱因斯坦又对了?
2022-09-12

21世纪的今天,人类文明对自然规律的了解和利用已经达到了一个相当高的水平,从星球运行到细胞分裂,都有一整套详细的理论去描述。

但鲜为人知的是,现代文明的一切科学技术成果,其实都还是一个世纪甚至更久之前的理论底子,

换言之就是说,基础物理学自爱因斯坦之后,已经停滞了一个多世纪了,今天的航空航天领域和计算机领域,用的最多的仍然是牛顿的万有引力定律,和量子力学中关于半导体的一小部分,包括相对论在内的许多理论,现在依然没能转化为技术。

甚至关于相对论预言的验证工作,现在也依然在进行,从最开始的黑洞到引力波,再到时间膨胀和质能方程,在一次次的验证过程中,科学家们也一次次领悟到了爱因斯坦的伟大,但有些预言,只有在宇宙深处才能看见。

引力透镜

你现在看到的这张照片,是天文学家们在1979年3月拍到的,

图像中央是两颗外型和亮度都极其相似的类星体,但事实上这两个类星体其实是同一个,之所以会出现一变二的分数奇景,是因为这个类星体与地球之间存在一个大型引力源。

在爱因斯坦广义相对论的预言中,光在经过大质量天体时会受到天体的引力影响,进而发生一定程度的偏折,所以之前观测到的类星体一变二的情况,就是类星体发出的光在到达地球的路上,被某个质量更大的天体引力折射了,进而在几十亿光年的尺度上分裂成了两个完全相同的类星体图像。

而想破解这种障眼法也非常简单,只要把观测波段从可见光转移到无线电波段就行了,

因为被折射出的另一个虚假类星体只能在可见光波段被看见,它本身并没有质量,也不会发射电磁波,所以用射电望远镜一看,就能分辨出哪个类星体是真的。

20世纪90年代,随着哈勃太空望远镜的升空,天文学家第一次有了在地球之外观测星空的能力,没有了地球大气散射的干扰,来自宇宙深处的高清图像开始源源不断被哈勃望远镜拍摄捕捉,并传回地面控制中心。

于是引力透镜又被发现了

此次发现的引力透镜,在天文学上被称为爱因斯坦十字,也就是透镜星系的两侧各有一个类星体,

光线在经过引力透镜时被偏折成了两个对称的图像,在宇宙尺度上形成了一个弯曲的十字,也就是爱因斯坦十字。

有趣的是,爱因斯坦十字其实还是一个大型望远镜,因为哈勃拍摄到的图像显示,虽然引力透镜的成像星系距离我们50亿光年,但事实上这个星系的本体距离地球是90亿光年,只不过它发出的光飞了40亿光年后碰上了引力源,从而又被折射出了一个新的可见光波段的图像。

由此不难看出,肉眼看不见但能折射光线的引力,

其实就像是望远镜的镜片,只要角度跟距离合适,宇宙中天体的引力透镜组合起来,就是一架巨型天文望远镜。

根据计算,太阳形成的引力透镜的焦点位于550个天文单位,也就是825亿公里之外,根据天文学家的设想,只要在未来发射一艘大型飞船到达距离太阳550个天文单位的位置上,那么太阳本身的引力透镜就会成为太阳系内体积最大,成像效果最好的望远镜。

理论上来说,由太阳引力透镜辅以观测飞船组成的超级望远镜,

能直接看见4.22光年外比邻星b的细节,而此前不论是哈勃望远镜还是地面天文台,在观测比邻星时都只能看见一颗没有任何细节的亮点,连恒星最基础的圆盘形状都看不见。

总体而言

爱因斯坦的广义相对论就是一座宝藏,现代天文学家发现的绝大部分新现象,都能在一个多世纪前的广义相对论中找到理论依据,

从黑洞到引力波,再到引力透镜,皆是如此,而这些新发现也大大丰富了人类对宇宙的了解。

截至目前,唯二还未被发现的相对论预言,只剩下虫洞和白洞了,前者理论上能联通数十亿光年甚至上百亿光年范围内的天体,能让人类在不超光速的情况下,短时间内跨越数十亿甚至上百亿光年的距离。

而关于白洞,爱因斯坦认为它是黑洞的反演,黑洞一直在吞噬物质,白洞就一直在向外排出物质,

但目前为止宇宙中并没有白洞的踪迹。