爱因斯坦十字真的出现在地球50亿光年之外!如何理解这种现象?

随着人类社会的发展和进步,我们对客观自然规律与事实真相的认知更加深刻,也更加能够理解现代物理学提出的各种现象。尤其是在天文学研究过程之中,人类已经能够借助现代天文望远镜的帮助,逐渐验证曾经的各种猜想。

这就像十七世纪初,伽利略第一次通过自己制作的天文望远镜发现了木星卫星的存在,并借此推翻了地心说的天文观点一样。到了现代社会之中,再次看待前人的猜想的时候,其实许多科学家也都做好了纠错的准备。可谁也无法想象,爱因斯坦在几十年前猜测的爱因斯坦十字,竟真的存在。

爱因斯坦十字

很多人对爱因斯坦十字可能不太了解,甚至从未听说过它究竟是什么。事实上,这种天文现象是天文学中引力透镜效应的有效例证之一。与之类似的还有爱因斯坦圆环以及宇宙笑脸等等,都是不同的天体通过不同的透镜所表现出来的特殊太空现象。

了解了现象之后,我们就可以讨论其物理意义究竟体现在什么地方。人类历史上第一次观测到爱因斯坦十字是在1979年3月,当时英美两个国家的天文学家们聚集在一起,共同观测到了Q0957+561A和Q0957+561B这两个天体,并通过对这两个天体的观测看到爱因斯坦十字现象。

可到了这个时候,别说爱因斯坦提出的理论已经出现了六十多年,就是爱因斯坦本人也已经逝世了二十几年。要知道在爱因斯坦存活的时候,根本没有机会能够去往太空,也根本没有机会观察太空。仅仅凭借自己在地球上的学习研究就能够判断出宇宙的某些基本规律,这是99%以上的科学家都无法做到的。

在前些年的时候,玛雅文化闹得沸沸扬扬,有关于2012世界末日的预言层出不穷。到了最后,甚至就连什么地方会怎么毁灭的说法都出来了,简直贻笑大方。

可如果某一天,突然有人告诉你这是真实的,且真实发生了,你又会如何想呢?英美两国的科学家们在第一次看到爱因斯坦十字的时候,内心想法或许就是这种亲自感受预言成功的感觉。

除此以外,爱因斯坦十字的出现有力地证明了引力透镜效应的真实性,这同时也说明广义相对论要比万有引力更加适合在太空中运用。如果能够通过引力透镜成像去观察其他天体行星或者超新星的变化,那么人类自然就能察觉到宇宙中更多的奥妙。

这就和我们曾经学习的小孔成像原理有一点类似,只不过两者的研究对象以及光线的传递不一样。小孔成像主要是通过孔传过去,而引力透镜效应则是通过恒星或者星系自带的引力扭曲光线之后再次进行传递。

除此以外 两者的参考系也不一样。在爱因斯坦的广义相对论之中,所有的参考系似乎都是在另外一个层次上面。如果我们以地球上的固有思维去理解爱因斯坦想要表达的意思,自然是不可能实现的。而这也不得不由衷地赞叹爱因斯坦,虽然和普通人一起生活在地球上,但思维的高度却不是常人能够企及的。

广义相对论

科学家们这一次拍摄到的爱因斯坦十字距离地球五十亿光年,那么我们应该如何理解这个现象呢?又或者说爱因斯坦十字背后的引力透镜效应,究竟对人类社会会有怎样的帮助呢?这一切都要从广义相对论开始说起。

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。

事实上,人类现如今认识宇宙的历程,其实就和千百年前人类认识地球的奥秘一样。尤其是在远古时期,人类祖先懂得利用火来帮助自己驱赶野兽,可火焰究竟是如何产生的,所有人都不能理解。

好在随着时间的推移和时代的更替,人们对所有未知的事物都从表象,性质到原理逐渐分析理解清楚。就像前人无法理解的火焰燃烧,现如今已经成为了家喻户晓的常识,这便是人类的进步。

宇宙同样除此,我们在研究爱因斯坦十字以及类似的天文科学现象之时,或许也可以从表象,性质以及原理等方式来更好的理解宇宙。如果说地球是低级别的生命家园,那么未来的某一天,我们必然能够进入更高级别的生命家园。到了那个时候,我们现在感到困惑的一切现象,也都将迎刃而解。

结语

在未来的太空科学研究之中,科学家们推测最好的研究方向主要有三种,分别是猜想,类比以及推理。猜测可能出现的宇宙现象,对比宇宙空间与地球空间的不同,推理宇宙未来的发展变化。只要让这三个方向合理稳定地进行,那么有关宇宙的奥秘必定会主动呈现在人类眼前。

牛顿曾经说过:如果说我看得远,那是因为我站在巨人的肩上。在现代科学研究之中,无论是牛顿的万有引力还是爱因斯坦的相对论,都在为我们铺设前进的道路。爱因斯坦十字是前人做出的一种猜测,如今能够被证明它真的存在,这说明理论研究的方向是正确的。

只要人类继续沿着科学家们的道路去寻找,更多难以理解的科学奥秘也就不再是奥秘。在现代天文学之中,相对论同样会对某些特殊天体束手无策,或许等到更加深刻明了的定律或者推论出现以后,特殊天体也就不再特殊。

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