【天天新要聞】用“宇宙透鏡”驗(yàn)證廣義相對(duì)論

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近日，美國(guó)波特蘭社區(qū)學(xué)院物理學(xué)教授托比·迪特里奇和一群學(xué)生前往墨西哥中北部的山區(qū)小鎮(zhèn)埃爾薩爾托附近，在日食投影中心觀察太陽(yáng)周圍的光線。此舉旨在重現(xiàn)經(jīng)典天文實(shí)驗(yàn)。

  愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)，質(zhì)量巨大的星體例如太陽(yáng)，會(huì)使周圍恒星的光線彎曲。在日全食期間觀測(cè)太陽(yáng)周圍恒星的光線是否彎曲，可以反過來(lái)驗(yàn)證廣義相對(duì)論。

  武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授廖愷說(shuō)，根據(jù)愛因斯坦的廣義相對(duì)論，光沿零測(cè)地線傳播，當(dāng)物質(zhì)分布導(dǎo)致時(shí)空彎曲時(shí)，光線會(huì)發(fā)生偏折。基于這一原理，當(dāng)一個(gè)大質(zhì)量天體處于發(fā)光天體和觀測(cè)者中間時(shí)，它就像幾何光學(xué)透鏡一樣發(fā)揮了在光源和觀測(cè)者之間扭曲光線的作用，物理學(xué)家將其類比為透鏡體，把這種現(xiàn)象稱為引力透鏡效應(yīng)。

  1919年，天文學(xué)家愛丁頓為了驗(yàn)證廣義相對(duì)論，率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在日全食期間測(cè)量了太陽(yáng)對(duì)星光的偏折，與星表中的標(biāo)準(zhǔn)位置相比，他們觀測(cè)到的太陽(yáng)周圍的恒星位置發(fā)生了輕微偏離，并且偏離值接近愛因斯坦的理論計(jì)算值，這一觀測(cè)結(jié)果證明了愛因斯坦理論的正確性。

  但在1919年的實(shí)驗(yàn)中，受限于時(shí)代，科學(xué)家掌握的設(shè)備和觀測(cè)條件比較有限，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果也存在一些誤差。后來(lái)的物理學(xué)家零零散散地進(jìn)行過一些復(fù)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)。此次，迪特里奇團(tuán)隊(duì)配備了13臺(tái)高分辨率望遠(yuǎn)鏡，并在墨西哥和美國(guó)得克薩斯州部署了攝像頭，能在日全食到來(lái)時(shí)獲取比以往更清晰的圖像。

  在物理學(xué)界，用引力透鏡效應(yīng)印證廣義相對(duì)論已有百年歷史。但對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，利用引力透鏡效應(yīng)來(lái)觀測(cè)宇宙仍是一種非常重要的前沿方法。

  過去幾十年間，引力透鏡效應(yīng)加深了人們對(duì)宇宙的理解。常見的引力透鏡觀測(cè)源是恒星和星系（包括類星體）。這些觀測(cè)源大量存在，明亮且恒定發(fā)光，使得觀測(cè)它們相對(duì)容易。

  廖愷介紹，類星體數(shù)目多、亮度大且恒定發(fā)光，利用這些類星體透鏡，可以很好地對(duì)哈勃常數(shù)進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量, 這可能有助于解決長(zhǎng)期困擾科學(xué)界的哈勃常數(shù)問題。

  “隨著天文學(xué)的發(fā)展，特別是各個(gè)波段大型巡天望遠(yuǎn)鏡的運(yùn)行，越來(lái)越多的瞬變?cè)矗缳ゑR暴及其各波段光學(xué)余輝、快速射電暴和引力波，會(huì)被大量探測(cè)。通過引力透鏡效應(yīng)，人類對(duì)宇宙及瞬變?cè)吹睦斫鈱⒉粩嗉由睢?rdquo;廖愷說(shuō)。