在广义相对论之前 , 万有引力一直都是用来解决地球以及地外太空中所有天体以及天体现象的重要定律 。 可随着时间的推移 , 人们发现万有引力并不能完美地阐述所有相关的现象 。 于是乎 , 发现并验证新的相关论述 , 也就成了所有科学家们最看重的一件事情 。
广义相对论在刚刚开始提出的时候 , 别说是普通人 , 不少科学家都无法接受 。 尤其是对于那些断定物理学的发展已经快要走到终点的科学家而言 , 广义相对论就像是让他们重新再认识一遍世界 。 虽然不至于将之前的定律全部推翻 , 但那种顽固且骄横的思维模式终于被打破 。
那么我们普通人应该如何理解广义相对论?其实答案很简单 , 那就是将坐标系和参考系放大 , 让自己的思维更加开阔 。 在传统物理学之中 , 我们要研究某一单位物理量的时候 , 都会以另外一个数量的同一单位物理量作为参考 。 可在研究天体运行规律以及广义相对论的时候 , 显然就不能用这样的方式进行判断 。
举一个简单的例子 , 我们在研究地球运动变化的时候 , 就不能仅从地球自身的变化开始研究 , 而是要将月球 , 太阳甚至太阳系加入到一个整体中研究 。 也只有这样 , 我们才能够更好的了解天体运行的变化规律以及地球的运动变化图像 。
理解广义相对论也同样如此 , 在广义相对论中提到 , 大质量的天体会将周边的时空弯曲 , 我们之所以能够看到光 , 也正是因为光线被完全以后直射到我们头顶 。 不仅仅是光 , 其他所有物质都会受到扭曲的影响 , 进入天体的“势力范围”内 。 而像黑洞这样的特殊天体 , 其实最重要的原因就在于扭曲的速率太强 , 导致光无法逃离 。
为了更好的理解这一点 , 我们可以将乒乓球网悬挂在空中 , 保持不会让球网绷直 , 也不会让球网下落的状态 。 在这个时候 , 我们将乒乓球 , 棒球放入网中就会发现 , 网会不可避免的发生弯曲 , 且两者的弯曲程度不一样 。 虽然在地球上 , 这样的现象纯粹是由于重力的影响 。 可在太空之中 , 这种状态其实就和真正的时空表象是类似的 。
值得一提的是 , 人们之所以会将对万有引力产生错误的判断 , 其实主要是因为万有引力所表现出来的现象与这种时空现象太过相似 。 如果不是一些天体问题出现误差 , 或许爱因斯坦也不会想到扭曲时空的概念 , 更不会借此提出人类物理学上堪称里程碑一样的广义相对论 。
引力透镜效应了解了广义相对论之后 , 有关引力透镜的问题自然也很容易理解 。 事实上 , 在爱因斯坦提出广义相对论的时候 , 就曾经推测过引力透镜效应以及可能出现的一些列现象 。 只不过在那个时候 , 爱因斯坦认为恒星的引力场太小 , 对光的影响作用也太小 , 并不会出现类似透镜的现象 , 所以并没有深入研究 。
直到1937年美国天文学家兹维基提出 , 既然恒星无法充当透镜天体的话 , 那么星系的引力绝对是足够的 。 在这样的情况下 , 只要作为观测者的人类 , 充当透镜天体的星系以及发光的天体处于某一个相同的角度时 , 自然就能够观测到引力透镜的现象 。
像此次哈勃望远镜所观测到的爱因斯坦十字 , 就是以某一星系作为透镜天体 。 其成像距离地球五十亿光年 , 其实也就是透镜星系距离我们五十亿光年 , 而实际的发光天体则距离地球大约九十亿光年 。
之所以会出现这种特殊的十字 , 主要是在透镜星系的两边各有一个亮星 , 属于同一个类星体 。 当光线通过透镜星系时 , 就会自然而然的形成两个对称的双重像 , 也就是爱因斯坦十字 。
很多人或许很难理解这种现象 , 但只要将透镜星系看作是一个镜片 , 人类和发光星系看作是透镜星系的两边的“质点”就好 。 如果将这个现象放在地球上进行实验 , 那么我们也可以通过光源 , 镜片 , 人的观测接受来判断这一切 。 在太空之中 , 哈勃望远镜就是我们人类的“眼睛” , 在接收到“现象”以后将信息传递给人类 。
宇宙奥秘广义相对论提出以后 , 人类对宇宙有了一个新的认知 , 时空的概念更是覆盖了相关引力的定律 。 从某种意义上来说 , 万有引力甚至根本不是一种力 , 而是一种表象 。 只不过以人类目前对宇宙的认知来说 , 万有引力定律更容易帮助人类更好地理解宇宙 。
在浩瀚无垠的宇宙之中 , 无论是爱因斯坦十字 , 爱因斯坦圆环还是“宇宙笑脸” , 其实都是某些特殊的现象 。 通过对宇宙更加深刻的认识 , 我们已经了解这些现象的形成原因 。 而在面对许多尚未清楚的事情时 , 我们只要继续努力发展科学研究就好 。
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