韦伯望远镜拍到时空弯曲,位于120亿光年外,爱因斯坦又对了
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2026-02-26 18:21:36
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在人类科学史上,有一种极其极致的浪漫:一个凡人仅凭一支笔和一张纸,在简陋的书桌前写下几行公式,就成功预言了宇宙百亿光年外的终极奇观。

一百多年前的1915年,阿尔伯特·爱因斯坦提出了震古烁今的广义相对论,他告诉世人:引力并不是一种看不见的绳索,而是大质量天体对时空结构造成的“弯曲”,当时,几乎没人能直观地理解这种极其超前的理念。

爱因斯坦本人也曾推测,宇宙中应该存在一种由时空弯曲导致的“光学错觉”,但他悲观地认为,人类的望远镜可能永远也无法拍到如此罕见的现象。

然而,爱因斯坦低估了人类探索星空的狂热。

就在最近,造价高达 100 亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜将它的红外神眼对准了深邃的宇宙,拍下了一张让全世界天文学家欢呼雀跃的照片:在距离地球约 120 亿光年的深空,出现了一个完美的、散发着璀璨光芒的橙红色光环。

这个光环,就是物理学界至高无上的圣杯之一:爱因斯坦环。

要看懂韦伯拍下的这个绚丽光环,我们必须先理解一个极其核心的物理概念:引力透镜效应。

在牛顿的经典物理学中,光是没有静止质量的,所以光应该永远沿着直线传播,引力对光无可奈何,但爱因斯坦的广义相对论彻底颠覆了这个常识。爱因斯坦指出:空间和时间并不是一个僵硬的空舞台,而是一张富有弹性的“网”。

想象一下,你拉开一张极具弹性的蹦床,然后在蹦床的正中间放上一个沉重的保龄球。保龄球会把蹦床压出一个深深的凹陷。这个时候,如果你拿一个玻璃弹珠沿着蹦床边缘滚过去,弹珠并不会走直线,而是会顺着蹦床的凹陷,划出一条弯曲的弧线。

宇宙也是如此。当宇宙中存在一个极度庞大的质量体,比如一个包含数千亿颗恒星的星系团时,它那恐怖的质量会把周围的“时空网”深深地压弯。当遥远星系发出的光芒经过这个星系团附近时,光虽然依然在走它认为的“直线”,但因为时空本身已经弯曲了,所以光的路径也就跟着弯曲了。

这个大质量星系团,就像是我们人类戴的凸透镜眼镜一样,把背后遥远天体发出的光线折射、汇聚、并放大。这就是所谓的“引力透镜”。如果没有这个宇宙级的放大镜,以人类目前的望远镜技术,根本不可能看清上百亿光年外那些极其暗淡的早期星系。

你可能会问:既然是透镜,放大出来的影像为什么会变成一个“环”呢?我们平时用放大镜看东西,也不会把文字变成一个个圈啊?

这就是爱因斯坦环最令人拍案叫绝的地方,它要求一种极其苛刻、简直如同中彩票头奖一般的宇宙级几何对齐。

通常情况下,当前景星系和背景星系没有完全对齐时,背景星系的光会被扭曲成几个破碎的圆弧,或者形成好几个一模一样的分身,但是要想形成一个没有任何缺口的完美闭合光环,必须满足一个极其严苛的条件:

地球上的望远镜、中间的大质量星系、以及最背后的遥远星系,这三者必须极其精准地连成一条绝对的直线!

当这三点一线达成时,奇迹就发生了:最背后那个星系发出的光线,像是一个向四周扩散的锥形光束。当这些光线撞上中间那个巨大的时空凹陷时,光线被均匀地向内折射。

于是,原本只是一个小亮点的遥远星系,它的光芒被从四面八方均匀地“拉扯”开来,最终在我们的望远镜里,形成了一个完美包围着前景星系的巨大光环。

事实上,人类并不是第一次拍到爱因斯坦环。老当益壮的哈勃太空望远镜也曾拍到过类似的景象,那么为什么这次韦伯望远镜拍到的光环如此轰动?

原因在于两点:距离与清晰度,这次韦伯观测到的目标距离地球达到了惊人的 120 亿光年。

120 亿光年意味着什么?

宇宙的年龄大约是 138 亿年。也就是说,这束光在宇宙大爆炸后仅 10 几亿年的时候就已经出发了,我们现在看到的,是宇宙处于“婴儿期”时的模样。

因为宇宙一直在加速膨胀,这些极早期星系发出的光,在经历了 120 亿年的长途跋涉后,其波长已经被宇宙拉伸得非常长了。原本可见的星光,被拉伸成了肉眼和哈勃望远镜都无法看见的红外线,这种现象叫宇宙红移。

这正是韦伯望远镜大显身手的时候!

韦伯是一台专门为了捕捉红外线而设计的终极机器。它那巨大的金色蜂窝状主镜,以及需要被冷却到接近绝对零度的近红外相机和中红外仪,能够毫不费力地穿透厚厚的星际尘埃,捕捉到这些来自宇宙创世初期的极其微弱的红外幽光。

在哈勃望远镜的眼中,这个环可能只是一个模糊的、充满噪点的像素团;但在韦伯的红外镜头下,这个 120 亿光年外的爱因斯坦环不仅呈现出完美的闭合圆弧,甚至连光环内部正在疯狂诞生新恒星的明亮尘埃结节都清晰可见。

更令人毛骨悚然的发现还在后面:当天文学家算出中间星系的实际质量后,他们发现这个质量大得离谱。它远远超过了该星系内所有恒星、气体和尘埃的总质量之和。

那么多出来的这部分庞大质量是从哪里来的?

答案就是:暗物质。

暗物质不发光、不反射光、也不与任何电磁波发生反应,人类根本看不见它们。但它们拥有极其庞大的质量和引力。

爱因斯坦环,就像是一把“显妖镜”。暗物质虽然隐形,但它们压弯了时空。通过测绘光环的扭曲程度,科学家甚至可以倒推绘制出中间星系周围那张看不见的、如幽灵般的“暗物质分布网”。

照片的背后,是相隔上百亿光年的星空、是几千亿颗恒星共同施展的引力魔法、是跨越了 120 亿年的时间旅行。

而这一切宏大的宇宙叙事,早在一百年前,就已经被一个地球人在大脑中通过几行数学符号精准预判。

正如爱因斯坦本人曾经说过的那句名言:“宇宙最不可理解之处,就在于它竟然是可理解的。”

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