50億光年外,天文學家發現星系一分為二,愛因斯坦又對了?

21世紀的今天,人類文明對自然規律的了解和利用已經達到了一個相當高的水準,從星球運行到細胞分裂,都有一整套詳細的理論去描述。

但鮮為人知的是,現代文明的一切科學技術成果,其實都還是一個世紀甚至更久之前的理論底子, 換言之就是說,基礎物理學自愛因斯坦之後,已經停滯了一個多世紀了,今天的航空航太領域和電腦領域,用的最多的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,包括相對論在內的許多理論,現在依然沒能轉化為技術。

甚至關于相對論預言的驗證工作,現在也依然在進行,從最開始的黑洞到引力波,再到時間膨脹和質能方程,在一次次的驗證過程中,科學家們也一次次領悟到了愛因斯坦的偉大,但有些預言,只有在宇宙深處才能看見。

引力透鏡

你現在看到的這張照片,是天文學家們在1979年3月拍到的, 圖像中央是兩顆外型和亮度都極其相似的類星體,但事實上這兩個類星體其實是同一個,之所以會出現一變二的分數奇景,是因為這個類星體與地球之間存在一個大型引力源。

在愛因斯坦廣義相對論的預言中,光在經過大質量天體時會受到天體的引力影響,進而發生一定程度的偏折,所以之前觀測到的類星體一變二的情況,就是類星體發出的光在到達地球的路上,被某個質量更大的天體引力折射了,進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。

而想破解這種障眼法也非常簡單,只要把觀測波段從可見光轉移到無線電波段就行了, 因為被折射出的另一個虛假類星體只能在可見光波段被看見,它本身並沒有質量,也不會發射電磁波,所以用射電望遠鏡一看,就能分辨出哪個類星體是真的。

20世紀90年代,隨著哈勃太空望遠鏡的升空,天文學家第一次有了在地球之外觀測星空的能力,沒有了地球大氣散射的干擾,來自宇宙深處的高清圖像開始源源不斷被哈勃望遠鏡拍攝捕捉,並傳回地面控制中心。

于是引力透鏡又被發現了

此次發現的引力透鏡,在天文學上被稱為愛因斯坦十字,也就是透鏡星系的兩側各有一個類星體, 光線在經過引力透鏡時被偏折成了兩個對稱的圖像,在宇宙尺度上形成了一個彎曲的十字,也就是愛因斯坦十字。

有趣的是,愛因斯坦十字其實還是一個大型望遠鏡,因為哈勃拍攝到的圖像顯示,雖然引力透鏡的成像星系距離我們50億光年,但事實上這個星系的本體距離地球是90億光年,只不過它發出的光飛了40億光年後碰上了引力源,從而又被折射出了一個新的可見光波段的圖像。

由此不難看出,肉眼看不見但能折射光線的引力, 其實就像是望遠鏡的鏡片,只要角度跟距離合適,宇宙中天體的引力透鏡組合起來,就是一架巨型天文望遠鏡。

根據計算,太陽形成的引力透鏡的焦點位于550個天文單位,也就是825億公里之外,根據天文學家的設想,只要在未來發射一艘大型飛船到達距離太陽550個天文單位的位置上,那麼太陽本身的引力透鏡就會成為太陽系內體積最大,成像效果最好的望遠鏡。

理論上來說,由太陽引力透鏡輔以觀測飛船組成的超級望遠鏡, 能直接看見4.22光年外比鄰星b的細節,而此前不論是哈勃望遠鏡還是地面天文臺,在觀測比鄰星時都只能看見一顆沒有任何細節的亮點,連恒星最基礎的圓盤形狀都看不見。

總體而言

愛因斯坦的廣義相對論就是一座寶藏,現代天文學家發現的絕大部分新現象,都能在一個多世紀前的廣義相對論中找到理論依據, 從黑洞到引力波,再到引力透鏡,皆是如此,而這些新發現也大大豐富了人類對宇宙的了解。

截至目前,唯二還未被發現的相對論預言,只剩下蟲洞和白洞了,前者理論上能聯通數十億光年甚至上百億光年范圍內的天體,能讓人類在不超光速的情況下,短時間內跨越數十億甚至上百億光年的距離。

而關于白洞,愛因斯坦認為它是黑洞的反演,黑洞一直在吞噬物質,白洞就一直在向外排出物質, 但目前為止宇宙中並沒有白洞的蹤跡。

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