观测之“谜”:引力透镜效应

如果你有一个天文望远镜,并且可以观测银河,远望宇宙,那么就不难发现:我们所看到的星系,与“常识”中的天文地图有着些许的不同。

这就是“引力透镜效应”

引力透镜效应是爱因斯坦的广义相对论所预言的一种现象。由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使得光线经过大质量天体附近时发生弯曲。如果在观测者到光源的直线上有一个大质量的天体,则观测者会看到由于光线弯曲而形成的一个或多个像,这种现象称之为引力透镜现象。 引力透镜也是天体物理中最重要的研究工具和手段之一,在宇宙学暗物质、暗能量、大尺度上的引力和系外行星探测上都发挥着巨大作用。

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《果壳中的宇宙》曾经在解释广狭相对论时解释过这个理论:引力透镜理论。为了说明空间不是一个平面,而是一个曲面,光线通过一个星球时会因为通过太阳质量弯曲时空的方式折射,扭曲,所以空间不是平的。

《果壳中的宇宙》插图

选自《果壳中的宇宙》

也就是说,由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使光线在大质量天体附近发生弯曲(光线沿弯曲空间的短程线传播)

如果在观测者到光源的视线上有一个大质量的前景天体则在光源的两测会形成两个像,就好像有一面透镜放在观测者和天体之间一样,这种现象称之为引力透镜效应。(类似放大镜)

在有些情况下,起引力透镜作用的天体是一个星系,它对光的弯曲作用能产生类星体或其他星系等更遥远天体的多重像。

当星光经过大质量星体周围时,原本直线传播的光线会因为大质量星体的引力而发生弯曲,看起来就好像是原星体的位置发生了微小的偏移。

通过对于引力透镜的运用,使用星舰上的观测设备,可以发现敌人故意隐藏的行星或者大规模星舰军队。

关于更高级的应用,资料中也提到了一些。

有趣的来历和用途:

关于引力透镜效应,会不会只是大质量物体周围空间物质密度变化引起的折射呢?

只知道科普级别的相对论,发现关于引力透镜的说法都没有提到这个可能性(指密度变化引起)

如果宇宙中的透镜效应不是由引力引起的,那么广义相对论就离破产不远了。

目前已知的太阳有引力透镜效应。

2002年,射电天文学家艾德·弗马龙(Ed Fomalont)和理论物理学家谢尔盖·科佩金(Sergei Kopeikin)组织了一万公理长的望远镜观察木星引力透镜

然而未见报告结果。只是说证明了引力场传播速度等于光速。没说有没有引力透镜效应。

那么这次测量的引力透镜的结果是什么呢?

最奇怪的事是:实验报告竟然没有提到,木星的引力透镜效应被证明符合广义相对论的预测。反而遮遮掩掩的表述,对引力速度的测量不足以成为最终的结论。


那么木星到底存不存在引力透镜效应呢?


它是有引力透镜效应的。只是引力太小了,大多引力透镜效应都不明显甚至可以忽略。


但是,一个“东西”只要有质量,就会产生引力透镜效应,只是大小(或明显与否)的差别而已。

太阳温度5505,木星温度-168,这是绝对温标。太阳温度是木星的55倍。黑体辐射==BT^4

太阳的黑体辐射能力是木星的915万倍。已知木星的辐射大于吸收,考虑木星的吸收。

以热辐射与引力透镜效应成正比做简单比较,则:

木星的引力透镜效应,应该只有太阳的不到1000万分之一。

两种判断,相差10万倍,到底木星的引力透镜效应是多少?

我们知道木星的赤道重力2.48,太阳28.01;木星的赤道半径71492,太阳696000。

两者相比,以掩星情形,引力透镜的作用大约在1%左右(即会有1%的偏移效应)

2002年从实验设计的规模来看,相比1914年,或1979年的太阳引力透镜的测量,精度高出很多。

而且测量的目的也是通过引力透镜效应来检验引力速度。

实先也策划了精度,表明可以有效。如果引力透镜不能精确测量,或只能定性测量,如何谈得上作为数据依据进行推理,还有+—21%的置信度。

这次测量的引力透镜效应,必定是有结论,也有数据的。

运用这些数据表明引力速度等于光速的1.06倍。加减0.21.或说引力速度等于光速。

是否表示,引力透镜效应实测值非常的小?或远小于太阳效应的1%?

木星质量太小了(跟恒星、黑洞、星系相比),时空扭曲的程度太低了,无法形成引力透镜效应。

明明电磁力对光也起作用,也可能是电磁力引起的。那么引力透镜效应存不存在就有所质疑,同时也可以怀疑相对论。引力透镜不是单独存在的。因为它的影响可以忽视,甚至可以认为不存在。

引力透镜效应,是引力造成还是星际物质的放大效果?

用引力透镜观察到的美丽星体。

曾经外国的天文学家用引力效应观测到了暗物质,至今也没有解开“暗物质之谜”对人类来讲可能只是用来填补现有科学理论与天文观测结果之间的不符的理论。

而暗物质是指那种观测不到的,除了质量,什么都没有。就像是黑洞和虫洞,它们真的存在吗?还是只是通俗意义上被认可了呢?

跟暗物质相比,暗能量啧是斥力作用的,并不代表观测不到,属于人类无法用现有技术观测的,黑洞不也是这样吗?

我们没法确定它是否存在,所以我们知道都是推论,我们没有证据,已知的论断相矛盾着。

人类无法越过光的速度,所以无法逃逸,比如《三体》里的曲率驱动飞船是“很接近光速”,达到了光速没有呢?违背了相对论没有呢?

答案是:曲率飞船会因时空弯曲产生相对论效应。(这和我们视觉上的引力透镜不一样)

引力透镜通俗来讲光线被大质量天体弯曲,地球发出的光被大质量天体弯曲后又回到地球引力透镜效应的现象。这同时证明了广义相对论的正确性!

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