用“宇宙透镜”验证广义相对论

  近日，美国波特兰社区学院物理学教授托比·迪特里奇和一群学生前往墨西哥中北部的山区小镇埃尔萨尔托附近，在日食投影中心观察太阳周围的光线。此举旨在重现经典天文实验。

  爱因斯坦的广义相对论预测，质量巨大的星体例如太阳，会使周围恒星的光线弯曲。在日全食期间观测太阳周围恒星的光线是否弯曲，可以反过来验证广义相对论。

  武汉大学物理科学与技术学院教授廖恺说，根据爱因斯坦的广义相对论，光沿零测地线传播，当物质分布导致时空弯曲时，光线会发生偏折。基于这一原理，当一个大质量天体处于发光天体和观测者中间时，它就像几何光学透镜一样发挥了在光源和观测者之间扭曲光线的作用，物理学家将其类比为透镜体，把这种现象称为引力透镜效应。

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  1919年，天文学家爱丁顿为了验证广义相对论，率领团队在日全食期间测量了太阳对星光的偏折，与星表中的标准位置相比，他们观测到的太阳周围的恒星位置发生了轻微偏离，并且偏离值接近爱因斯坦的理论计算值，这一观测结果证明了爱因斯坦理论的正确性。

  但在1919年的实验中，受限于时代，科学家掌握的设备和观测条件比较有限，因此实验结果也存在一些误差。后来的物理学家零零散散地进行过一些复现实验。此次，迪特里奇团队配备了13台高分辨率望远镜，并在墨西哥和美国得克萨斯州部署了摄像头，能在日全食到来时获取比以往更清晰的图像。

  在物理学界，用引力透镜效应印证广义相对论已有百年历史。但对天文学家来说，利用引力透镜效应来观测宇宙仍是一种非常重要的前沿方法。

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  过去几十年间，引力透镜效应加深了人们对宇宙的理解。常见的引力透镜观测源是恒星和星系（包括类星体）。这些观测源大量存在，明亮且恒定发光，使得观测它们相对容易。

  廖恺介绍，类星体数目多、亮度大且恒定发光，利用这些类星体透镜，可以很好地对哈勃常数进行独立测量, 这可能有助于解决长期困扰科学界的哈勃常数问题。

  “随着天文学的发展，特别是各个波段大型巡天望远镜的运行，越来越多的瞬变源，如伽马暴及其各波段光学余辉、快速射电暴和引力波，会被大量探测。通过引力透镜效应，人类对宇宙及瞬变源的理解将不断加深。”廖恺说。