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TUhjnbcbe - 2024/3/31 8:56:00
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综述

今天,短视频软件上的特效功能已经制造出了无数的影像效果,每个人只需要学会简单的操作,就能立马以自己想要的方式来呈现各种事物,而在这之前,普通人要想完成自己的影像创作,大概只有三棱镜制作彩虹这样大的小把戏了。

不过很少有人知道,在遥远的太空当中,也存在着一个神奇的影像,它的出现是由一个名为引力透镜的效应造就的,因为在爱因斯坦的相对论当中有过预言,所以又被称为爱因斯坦十字。

爱因斯坦十字

爱因斯坦十字距离我们有将近50亿光年的距离,不过这没有阻挡我们想要探索它的热情。

本质上讲,这个十字只是一种特殊的成像,凭借我们的电脑技术想要多少就能看到多少,但是爱因斯坦十字的特殊之处就在于,它是在完全自然的条件中偶然形成的,如果真的有上帝存在,这大概就是他心血来潮做的一个小游戏而已。那么物理学对爱因斯坦十字是怎么解释的呢?

造成这个影像的源头是来自前景星系的巨大引力,而原材料就是的一颗类星体所发出的光芒.

这种效应本身要实现其实也是要讲缘分的,爱因斯坦十字能够形成,不仅仅要引力和星光这两样东西,还必须做到的一点就是,这颗类星体的位置只能位于前景星系的正后面,只有这样,才能顺利实现所谓的引力透镜效应。

那么为什么会被称为爱因斯坦十字呢?对透镜成像有了解的朋友应该很快就反应过来了,十字意味着四个方向一样,所以其实就是四个方向都形成了一样的成像,就像我们在镜子里能够照出一个完整的自己,在很多面交叠的镜子里就能看到很多个自己一样,不过爱因斯坦十字要有趣的多。

比如研究者发现,其实它的亮度不是一成不变的,而是会不时发生一些改变,根据他们的推测,这种改变的原因很有可能就是整个星系当中存在其它一些发光天体,比如恒星所产生的额外影响,其光芒可以在一定程度上改变整个成像效果。

爱因斯坦在他的广义相对论中提出了引力的透镜效应,并且对其进行了解释,宇宙中的一些光源在遇到特殊的引力场之后,会被迫发生弯曲,而此时的引力场就好比一面镜子,把光源发出的光进行了转向,并且投射到某一处空间当中。

这其中就有好几个层次的引力作用,在爱因斯坦十字的案例中,类星体的光分为四个不同的方向被转向,并最终汇集到一处,形成了我们看到这个十字图案。

爱因斯坦十字的发现也是一个偶然的巧合,最先找到它的是在哈佛天体中心工作的一名科学家,不过真正观测到却要晚得多,是在上个世纪八十年代。

当时采用的还只是口径2.1米的天文望远镜,最终顺利发现了光源的来出,也就是类星体,也正是据此才判定十字图像和它之间的联系,这也是人类历史上第一次观测到这一类现象。

引力透镜效应

在这之后,天文观测技术和设备也在不断进步,新的十字效应也随之出现在我们的眼前,在年的秋天,哈勃望远镜终于登场,借助这个天文望远镜中的头号传奇,我们得以捕捉到了了清晰的十字图片。

从图片上来看,四个光斑都相对均等,并且亮度较为突出,猜测应该是有了其他恒星的光源影响,从这个爱因斯坦十字出发,我们也顺藤摸瓜找到了类星体和引力场的所在,这个案例也算是完美地印证了引力透镜效应的作用方式。

按照爱因斯坦的阐释,引力的产生本身就和时空的扭曲是密切相关的,在他于20世纪初发表的论文里面,已经明确地揭示了这一点,而这种弯曲之随意会发生,就是因为物体本身所具有的质量。

从微观上可以很直观地理解,在均匀分布着粒子的空间中,有一个物体聚合了大量的粒子,在时空均匀的前提下,这种聚合体必然会对均匀的状况本身造成影响。

而具体的表现就是改变了原有的物质分布状态,表现出来就是时空的弯曲,这个时候如果有其他的物体从这处空间经过,就会被迫改变自己的运动轨迹。

就好比我们走着路突然遇到了一个大坑一样,如果没有其他的选择,还是只有先下到坑里,然后再爬出去。

在引力透镜效应的例子里,这个刚好经过的物体就是光,别看光好像没有什么存在感,但对于时空来说,它所包含有的粒子已经足够多了,所以遇到突然弯曲的时空还是不得不被迫偏转,这样一来,就发生了成像的过程。

事实上,在爱因斯坦刚刚提出这一理论的时候,就已经有人进行过验证,方法是在发生日全食的时候,观察太阳后面的光源弯曲现象,并且计算其变化值的大小,来检测是否与广义相对论符合,不过直到哈勃望远镜出现,这一验证才算真正完整地实现。

结语

爱因斯坦十字的影像本身对于我们来说其实并没有什么特殊,特殊的地方在于这种巧合的发生,放好就有这样一个引力场和类星体的存在,能够创造出这样的奇观,实在叫人不得不赞叹宇宙的奇妙。

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