阿西莫夫：宇宙透鏡

【譯者之言：愛(ài)因斯坦在提出廣義相對(duì)論后，指出光會(huì)在引力場(chǎng)的作用下發(fā)生彎曲，并預(yù)測(cè)了有爭(zhēng)議的“愛(ài)因斯坦環(huán)”。此后，科學(xué)家們先后將恒星、白矮星、星系、星系團(tuán)、脈沖星等作為中間透鏡，去搜索宇宙中的超新星、類星體等天體，最終觀察到了引力透鏡效應(yīng)，還看到了“愛(ài)因斯坦環(huán)”，證明愛(ài)因斯坦是正確的?！?/p>

在我的人生中，有一段時(shí)間，我意識(shí)到別人正在把我當(dāng)作一類名人看待，這讓我感到非常不安。

你看，我是由貧窮但誠(chéng)實(shí)的父母撫養(yǎng)長(zhǎng)大的——我也非常誠(chéng)實(shí)，非常窮。我一直認(rèn)為自己和父母屬于同一類人，但我不禁也在思考，誠(chéng)實(shí)在兩者中更為重要，所以我努力去糾正我另一個(gè)缺點(diǎn)。但我不禁還是有了一種感覺(jué)，就是隨著金錢(qián)的積累，不誠(chéng)實(shí)的機(jī)會(huì)就將會(huì)增加，如果我被引誘到不誠(chéng)實(shí)的惡習(xí)中去了，該怎么辦呢。

于是我試圖去忽略這樣一個(gè)事實(shí)，即我正變得不合理的富裕，卻繼續(xù)過(guò)著簡(jiǎn)單和節(jié)儉的生活（只要滿足合理的舒適即可，對(duì)孩子們來(lái)說(shuō)尤其如此）。這樣我就既可以保持貧窮，又可以做到誠(chéng)實(shí)了。

不過(guò)，如果我被當(dāng)作名人對(duì)待，游戲就做不下去，所以我堅(jiān)決不“前往好萊塢”；不期望等級(jí)的特權(quán)；不要求，甚至不接受特殊待遇。

讓我告訴你吧，這其實(shí)很難。有時(shí)候我真的無(wú)法抗拒誘惑。給你講你一個(gè)故事吧。

不久前，我在平常等車(chē)的角落等待出租車(chē)。當(dāng)時(shí)我十分著急，但經(jīng)過(guò)的出租車(chē)都有乘客。很自然地，我開(kāi)始變得不高興了。

一輛出租車(chē)滑到我面前，停了下來(lái)，但后座上明顯有一個(gè)乘客，所以我沒(méi)有注意到它，繼續(xù)憂郁地朝車(chē)輛駛來(lái)的方向看著。然而，前窗搖了下來(lái)，出租車(chē)司機(jī)探出了身子。他顯然認(rèn)出了我。

“阿西莫夫博士，”他說(shuō)，“我是你的粉絲，我本該接你的，但我車(chē)上有乘客?！?/p>

“謝謝你。很感謝你的周到體貼，”我說(shuō)。

出租車(chē)正要往前走，后窗又搖了下來(lái)，乘客探出身來(lái)，說(shuō)道：“阿西莫夫博士，我也是你的粉絲?？焐宪?chē)吧！”

當(dāng)時(shí)我應(yīng)該說(shuō)的是，“不，謝謝你。我不想有任何特殊的待遇。我會(huì)像其他人一樣，等一輛空的出租車(chē)?！?/p>

但我卻沒(méi)有，我上了車(chē)。我堅(jiān)持了買(mǎi)單，試圖加以彌補(bǔ)，但這意味著，我利用了自己的地位并接受了特權(quán)。這件事一直困擾著我。

還有就是，每個(gè)月我都會(huì)利用我的地位，接受特權(quán)。你認(rèn)為還有人能說(shuō)服我們高貴的編輯，同意他每月寫(xiě)一篇科學(xué)專欄嗎？當(dāng)然沒(méi)有，我是唯一的一個(gè)。因?yàn)槲依狭?，受人尊敬，并且已?jīng)做了很多年了。我是不是應(yīng)該說(shuō)，“弗曼先生，我不需要特殊的待遇。把這個(gè)專欄開(kāi)放給其他人吧，然后選出最好的文章?！?/p>

不，先生，我不會(huì)這么做的，即使再過(guò)一百萬(wàn)年也不會(huì)。這個(gè)問(wèn)題不會(huì)困擾我，所以讓我繼續(xù)講下去吧。

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1916年，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦（Albert Einstein）（1879-1955年）提出了他的廣義相對(duì)論。他指出，如果這個(gè)理論是正確的，在引力場(chǎng)中，光應(yīng)該在其路徑上發(fā)生彎曲。在一般情況下（例如在地球上），彎曲量小到難以測(cè)量，但可能也會(huì)存在特殊情況。

假設(shè)一顆恒星的光線在到達(dá)地球的途中，非常接近太陽(yáng)邊緣。在這種情況下，彎曲（朝向太陽(yáng)）可能足夠大，使得該恒星看上去離太陽(yáng)比實(shí)際情況會(huì)稍遠(yuǎn)，因?yàn)檠劬?huì)隨光線直線看回去，而不會(huì)有彎曲。

很自然，一顆離太陽(yáng)很近的恒星，光線掠過(guò)太陽(yáng)圓盤(pán)，在太陽(yáng)耀眼的光芒中是看不到的——除非當(dāng)時(shí)正發(fā)生日全食。

但在1916年，歐洲正處于第一次世界大戰(zhàn)之中，進(jìn)行日食探險(xiǎn)是不可能的。不過(guò)，英國(guó)天文學(xué)家亞瑟·埃丁頓（Arthur S.Eddington）（1882-1944年）還是獲得了一份愛(ài)因斯坦的論文，并開(kāi)始制定了計(jì)劃。

戰(zhàn)爭(zhēng)于1918年11月11日結(jié)束，這為1919年5月29日安排日食探險(xiǎn)贏得了時(shí)間，預(yù)計(jì)那一天，太陽(yáng)恰巧在一列明亮的恒星之中。

埃丁頓組織了兩次探險(xiǎn)，一次是去巴西北部，另一次是去西非海岸附近的一個(gè)島嶼。靠近太陽(yáng)的明亮恒星的位置，是相互相對(duì)進(jìn)行測(cè)量的，并將其與半年后太陽(yáng)在天空對(duì)向位置時(shí)的相對(duì)位置進(jìn)行了比較。結(jié)果不是太明顯，但還是支持了愛(ài)因斯坦的理論。（當(dāng)然，從那時(shí)起，又進(jìn)行了更精確的類似實(shí)驗(yàn)，毫無(wú)疑問(wèn)，愛(ài)因斯坦是正確的。）

引力場(chǎng)讓光彎曲的概念引起了一些有趣的猜測(cè)。太陽(yáng)太大了，一縷星光在經(jīng)過(guò)它的一側(cè)或另一側(cè)時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲。但是，如果一顆遙遠(yuǎn)恒星的光線，經(jīng)過(guò)另一顆較近恒星的邊緣時(shí)，又會(huì)發(fā)生什么情況呢？光線可能足夠厚，它的一部分會(huì)經(jīng)過(guò)較近恒星的一側(cè)，另一部分會(huì)經(jīng)過(guò)另一側(cè)。

兩個(gè)部分的光線都會(huì)朝較近的恒星，向內(nèi)彎曲。因此，地球上觀察者的眼睛會(huì)朝一個(gè)方向沿直線看到一部分光線，而朝另一個(gè)方向沿直線看到另一部分光線。這樣，在這顆較近恒星之外，我們看到的不是一顆遙遠(yuǎn)的恒星，而是會(huì)看到兩顆，一顆在較近恒星的一側(cè)，一顆在另一側(cè)。

這種想法最初是在1924年以一種隨意的方式提出的。

1936年，愛(ài)因斯坦親自著手研究這種情況，并進(jìn)行了仔細(xì)的數(shù)學(xué)分析。較近恒星將一束遙遠(yuǎn)的星光劈成兩半，又將這兩半或多或少聚焦在地球上，它的作用方式類似于玻璃透鏡。因此，愛(ài)因斯坦稱這種現(xiàn)象為“引力透鏡”。

他表示，所看到的遙遠(yuǎn)的恒星，確實(shí)會(huì)是兩顆。如果遙遠(yuǎn)的恒星離較近“透鏡”恒星中心的一側(cè)只有一點(diǎn)點(diǎn)距離時(shí)，它的光線更多會(huì)從恒星的那一側(cè)掠過(guò)，少量從恒星的另一側(cè)掠過(guò)。因此，在所看到的一對(duì)恒星中，一顆會(huì)比另一顆更亮，但兩顆恒星都有在各個(gè)方面完全相同的光譜，因?yàn)橛^測(cè)者看到的實(shí)際上是同一顆恒星。

不過(guò)，如果遙遠(yuǎn)的恒星正好在較近恒星的后面，來(lái)自遙遠(yuǎn)的恒星的光，會(huì)在四面八方都通過(guò)較近的恒星的邊緣，我們就會(huì)看到較近的恒星被一個(gè)小光環(huán)所環(huán)繞，這是遙遠(yuǎn)的恒星在鏡頭下的扭曲。這就是“愛(ài)因斯坦環(huán)”。

這是一個(gè)十分迷人的理論，但在1936年的愛(ài)因斯坦和當(dāng)時(shí)的其他天文學(xué)家看來(lái)，似乎根本就沒(méi)有機(jī)會(huì)在天空中找到引力透鏡的情況。

首先，盡管天空中有大量的恒星，可以通過(guò)望遠(yuǎn)鏡看到，但要找到一顆恒星正好或幾乎正好在另一顆恒星背后的機(jī)會(huì)，實(shí)在是太小了，去尋找這樣一種情況很可能是在浪費(fèi)精力。

此外，即使是恒星表面的引力強(qiáng)度，對(duì)于星光來(lái)說(shuō)也不是十分巨大。光線的彎曲非常輕微，來(lái)自恒星相對(duì)兩側(cè)的兩條光線，必須經(jīng)過(guò)很多光年才能接近到足以聚焦。換句話說(shuō)，就是任何以恒星形式出現(xiàn)的引力透鏡，都一定距離地球非常遙遠(yuǎn)，而圖像被扭曲的遙遠(yuǎn)的恒星則一定更遙遠(yuǎn)。

事實(shí)上，扭曲的圖像如此之遠(yuǎn)，可能太暗，根本看不見(jiàn)，當(dāng)然就不可能產(chǎn)生有用的光譜。因此，我們無(wú)法判斷，兩顆在天空中看上去非常接近的恒星，是否有相同的光譜，從而證明可能是一顆恒星的兩幅圖像，抑或有不同的光譜，從而證明是兩顆不同的和不相關(guān)的恒星。

當(dāng)然，有些恒星比其他恒星有更強(qiáng)的引力場(chǎng)。1915年，美國(guó)天文學(xué)家沃爾特·悉尼·亞當(dāng)斯（Walter Sydney Adams）（1876-1956年）發(fā)現(xiàn)了天狼星的伴星——天狼星B，我們現(xiàn)在稱之為“白矮星”。它把像太陽(yáng)這樣的恒星的質(zhì)量，壓縮成一個(gè)比地球更小的凝聚體，因此其表面附近的引力場(chǎng)是普通恒星表面的數(shù)萬(wàn)倍。（1924年，他通過(guò)展示來(lái)自天狼星B的光，有一個(gè)由其強(qiáng)烈的引力場(chǎng)產(chǎn)生的紅移，證明了這一點(diǎn)，正如愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論所預(yù)測(cè)的那樣。）

因此，如果是一顆白矮星充當(dāng)透鏡恒星，那么一個(gè)遙遠(yuǎn)的恒星的光線就會(huì)發(fā)生更嚴(yán)重的彎曲，焦距也會(huì)更短。扭曲的圖像可能離我們更近，因此，就會(huì)明亮得足以讓我們看到。然而，與普通恒星相比，白矮星很少，以此縮短焦距，來(lái)補(bǔ)償引力透鏡的情形幾乎不可能存在。

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那么，如果我們所要對(duì)付的只是恒星，愛(ài)因斯坦的理論研究也就代表了故事的結(jié)局。不過(guò)，宇宙并不僅僅是恒星的問(wèn)題，即使在1936年也是明確的。

在20世紀(jì)20年代，某些“星云”（模糊的小天體）實(shí)際上是遠(yuǎn)離我們星系之外的獨(dú)立星系。有成千上萬(wàn)個(gè)的這樣的星系，延伸數(shù)百萬(wàn)、數(shù)千萬(wàn)，甚至數(shù)億光年。

因此，如果我們談?wù)摰氖切窍低哥R，就不應(yīng)該只談?wù)摵阈呛竺娴暮阈橇恕５鍪潞笾T葛亮都很容易，今天，我只消用半只眼睛和百分之一的大腦，就能看到超越恒星的必然性，但在1936年，即使愛(ài)因斯坦本人，也缺乏后見(jiàn)之明，并沒(méi)有看到這一點(diǎn)。

1937年，對(duì)遙遠(yuǎn)星系感興趣的瑞士天文學(xué)家弗里茨·茲威基（Fritz Zwicky）（1898-1974年）確實(shí)看到了這一點(diǎn)。他指出，由于宇宙中展示出越來(lái)越豐富的星系，發(fā)現(xiàn)一個(gè)星系正好在另一個(gè)更遙遠(yuǎn)的星系前面；或者，一個(gè)星系團(tuán)正好在另一個(gè)更遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)前面，可能只是時(shí)間問(wèn)題；然后就可以注意到引力透鏡效應(yīng)了。

讓我們看看星系-星系引力透鏡與恒星-恒星引力透鏡相比，會(huì)有什么好處。

首先，恒星本質(zhì)上是光點(diǎn)，所以在我們觀察時(shí)，一個(gè)光點(diǎn)正好位于另一個(gè)光點(diǎn)后面的可能性非常小。另一方面，星系是延展的天體，雖然看上去也很小，但遠(yuǎn)不是一個(gè)點(diǎn)。那么，即使星系不是中心對(duì)中心地，一個(gè)在另一個(gè)后面，也可能有部分重疊，而也許這部分重疊就足以產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)。因此，星系重疊比恒星重疊具有更大的可能性。

其次，由于星系包含十億到萬(wàn)億顆恒星，在單個(gè)最亮的普通恒星數(shù)百倍的距離外，就可以看到它們，就可對(duì)其光譜進(jìn)行研究。天體的距離越遙遠(yuǎn)，就可能有越多的其它天體占據(jù)在它和我們之間，也就越有機(jī)會(huì)，讓一個(gè)中間天體足夠接近來(lái)自遙遠(yuǎn)天體的光線，而產(chǎn)生引力透鏡效應(yīng)。

再次，天體越遠(yuǎn)，星系透鏡的長(zhǎng)焦距就越有可能，讓它充分聚焦于地球，讓我們看到產(chǎn)生的扭曲。

會(huì)有什么缺點(diǎn)嗎？是的。在恒星-恒星情況下，你處理的是兩個(gè)點(diǎn)光源，透鏡效應(yīng)是簡(jiǎn)單的，你要么看到兩顆星，要么看到一個(gè)愛(ài)因斯坦環(huán)（可能性極?。?。

而在星系-星系的情況下，由于兩個(gè)擴(kuò)展光源，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)明亮程度不均勻，透鏡效應(yīng)要復(fù)雜得多。你可能得到三個(gè)或五個(gè)圖像。它們可以不對(duì)稱地分布，顯示出扭曲的形狀，乍一看似乎不是透鏡效應(yīng)。

而且，即使是考慮星系而不是恒星，也并不會(huì)大大增加形成引力透鏡的機(jī)會(huì)。至少，在茲威基提出這個(gè)建議后的40多年里，天文學(xué)家并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，天空中什么地方有讓人注意的引力透鏡。

盡管還有許多天文發(fā)現(xiàn)，似乎增加了形成引力透鏡的機(jī)會(huì)，或者使得觀測(cè)到引力透鏡更容易，但天文學(xué)家還是沒(méi)有利用它們觀察到引力透鏡。

例如，茲威基本人也指出，新星有兩種類型，普通的新星代表了白矮星表面相對(duì)較小的氣體爆炸，而有些“超新星”代表了一顆恒星大部分或全部的爆炸。超新星可以在很短的一段時(shí)間內(nèi)，以普通恒星數(shù)十億倍的亮度發(fā)光，而且由于超新星可以與整個(gè)星系的亮度相媲美，所以可以在和星系一樣遠(yuǎn)的距離上看到它。

到目前為止，在遙遠(yuǎn)的星系中已經(jīng)探測(cè)到了400多顆超新星（1987年，探測(cè)到其中最近的一顆是大麥哲倫云）。想想看，如果一顆超新星的光（它所有光芒的點(diǎn)光源）在去往我們的路上，經(jīng)過(guò)了一個(gè)強(qiáng)烈的引力場(chǎng)，可以想象，我們可能會(huì)大致在同一時(shí)間，看到兩個(gè)超新星近距離一起爆炸（一條扭曲的光路可能比另一個(gè)更長(zhǎng)，因此需要更長(zhǎng)的時(shí)間才能到達(dá)我們），并以相同的節(jié)奏起伏，同時(shí)顯示出相同的光譜。這將會(huì)是引力透鏡的一個(gè)明顯案例。

然而，超新星的數(shù)量遠(yuǎn)小于星系的數(shù)量，每一顆超新星都是短暫的現(xiàn)象，因此透鏡變形同樣是短暫的，而不像其它引力透鏡那樣是天空中永久的特征。不管怎樣，我們還沒(méi)有看到這種扭曲的超新星。

之后，在1969年，還發(fā)現(xiàn)了脈沖星。它們是由過(guò)去的超新星爆炸而產(chǎn)生的中子星。它們把一顆普通恒星的所有質(zhì)量都?jí)嚎s到一個(gè)不超過(guò)一個(gè)小行星大小的球體中?？拷砻娴囊?qiáng)度是在白矮星附近的引力強(qiáng)度的幾百萬(wàn)倍。

此外，天文學(xué)家們已經(jīng)確認(rèn)了黑洞的存在。這些代表了更恐怖的物質(zhì)凝聚體，在它們附近可能有比中子星更強(qiáng)烈的引力場(chǎng)。

這樣，一個(gè)星系的光不一定要受到另一個(gè)星系的干擾，光也可以在中子星或黑洞附近通過(guò)，然后從它的直線路徑中被扭曲，這種扭曲比僅僅是星系的引力場(chǎng)更厲害。焦距因此將被縮短，同樣，我們也就會(huì)有更大的機(jī)會(huì)看到透鏡效應(yīng)。

最重要的發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在1963年，當(dāng)時(shí)人們發(fā)現(xiàn)了類星體。我們自己的星系中一些看似普通且毫無(wú)特征的恒星，引起了人們的懷疑，懷疑它們是可探測(cè)到的無(wú)線電波的來(lái)源。仔細(xì)的檢查表明，它們帶有巨大的紅移，距離一定非常遙遠(yuǎn)，根本不在我們的星系中。

現(xiàn)在已知的大約有2000個(gè)類星體。它們實(shí)際上是帶有非常明亮和活躍中心的星系。因?yàn)樗鼈兲b遠(yuǎn)了，我們只能看到它們有著恒星外表的中心，而通?？床坏叫窍灯渌糠值奈⑷鯚熿F。

即使是最近的類星體，距離我們也有十億光年，比我們能看到的任何普通星系都要遠(yuǎn)。最近發(fā)現(xiàn)的一些類星體，似乎離我們有170億光年。

很明顯，如果我們?cè)趯ふ乙ν哥R，我們應(yīng)該把精力集中在類星體上。它們是如此之遙遠(yuǎn)，明顯增加了它們和我們之間存在天體的幾率。它們本質(zhì)上是點(diǎn)光源，所以透鏡效應(yīng)不應(yīng)該太復(fù)雜。類星體數(shù)量也非常少，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)“雙類星體”，兩者非常接近，就會(huì)立刻成為懷疑的對(duì)象。如果光譜分析結(jié)果大致相同，那就找到它了。

實(shí)際上，20世紀(jì)50年代初，拍攝了一張顯示大熊星座的雙類星體的照片。它們離得太近，似乎都重疊了。

1979年3月29日，Kitt Peak國(guó)家天文臺(tái)的科學(xué)家們對(duì)這顆雙類星體（被稱為0957+561）進(jìn)行了密切的研究，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)類星體之間的距離為6角秒。(相比之下，滿月的寬度為1865角秒。)兩個(gè)類星體在天空中如此近距離的隨機(jī)分布，幾率是非常小的。

此外，對(duì)這兩個(gè)類星體光譜的研究表明，它們?cè)谒刑卣魃隙际窍嗤?。它們有相同的相?duì)突出度，相同的紅移，表明它們與我們的距離是相同的。最后的結(jié)論是，這兩個(gè)類星體是一個(gè)類星體的兩個(gè)圖像，是由引力透鏡產(chǎn)生的雙重圖像。

但是中間的透鏡天體又在哪里呢?

天文學(xué)家們利用他們最靈敏的光探測(cè)設(shè)備，在雙類星體和我們之間發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常遙遠(yuǎn)（因此也非常暗）的星系團(tuán)。這樣的星系團(tuán)通常以一個(gè)巨大的橢圓形星系為中心，而這個(gè)星系的成長(zhǎng)是以犧牲周?chē)^小星系為代價(jià)的。

星系團(tuán)中有這樣一個(gè)巨大的星系，而這個(gè)巨大的星系就在雙類星體的正前方。（它并沒(méi)有遮住雙類星體，因?yàn)橥ㄟ^(guò)正好穿過(guò)類星體和我們之間的橢圓星系的無(wú)線電波，可以探測(cè)到這個(gè)類星體。）毫無(wú)疑問(wèn)，這個(gè)巨大的橢圓星系就是透鏡天體。

從那以后，又發(fā)現(xiàn)了七個(gè)似乎是受引力透鏡影響的天體，盡管其中沒(méi)有一個(gè)像第一個(gè)那樣清晰，而且只在其中一個(gè)和我們之間，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)清晰的透鏡天體（一個(gè)旋渦星系）。此外，還有十多個(gè)天體可能是透鏡效應(yīng)。順便說(shuō)一下，所有17個(gè)天體都是類星體。

最激動(dòng)人心的是，1987年在獅子座發(fā)現(xiàn)了一個(gè)小天體，它有一個(gè)無(wú)線電輻射小環(huán)的形狀，顯示出愛(ài)因斯坦50年前預(yù)測(cè)的愛(ài)因斯坦環(huán)的所有特征。這是愛(ài)因斯坦環(huán)第一次被發(fā)現(xiàn)。

· · ·

天文學(xué)家們自然會(huì)為這種現(xiàn)象的美麗和罕見(jiàn)而感到高興，會(huì)為這樣一個(gè)大膽預(yù)測(cè)、巧妙探索和充滿歡樂(lè)的經(jīng)典發(fā)現(xiàn)而感到欣喜，但一切并沒(méi)有結(jié)束，還有很多事情可以通過(guò)引力透鏡的方式來(lái)完成。

首先，單單是引力透鏡的存在，就再次支持了廣義相對(duì)論。在四分之三個(gè)世紀(jì)里，廣義相對(duì)論經(jīng)受了每一次考驗(yàn)，這是我們對(duì)整個(gè)宇宙唯一有用的數(shù)學(xué)描述。那些被扭曲的小圖像和那個(gè)很小的光環(huán)再次向我們確認(rèn)，我們走在了正確的道路上，我們似乎正在了解宇宙。

其次，就像玻璃透鏡可以放大它所聚焦的圖像一樣，引力透鏡也可以放大它所扭曲的天體。（這也是由茲威基首先提出的。）

這意味著，我們有了一個(gè)令人難以置信的巨大顯微鏡，可以向我們展示類星體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及我們通常無(wú)法識(shí)別的細(xì)節(jié)。天文學(xué)家非?？释玫竭@樣的信息，因?yàn)轭愋求w似乎是宇宙青年時(shí)代的形象，而任何能增加有關(guān)這一青年時(shí)代知識(shí)的東西，都可能幫助我們得出關(guān)于星系和宇宙本身最開(kāi)始的結(jié)論。

那么，正如我前面說(shuō)的，當(dāng)一個(gè)引力透鏡在一側(cè)或另一側(cè)彎曲一束光，將其分裂成幾個(gè)不同的光束時(shí)，這些光束遵循不同的路徑，一個(gè)路徑可能比另一個(gè)更長(zhǎng)。由于曲率不管怎樣都是輕微的，因此路徑的長(zhǎng)度并沒(méi)有很大的差異，但這種差異可以從該情形的幾何形狀計(jì)算出來(lái)，即使我們不知道被扭曲的類星體或參與扭曲的透鏡的實(shí)際距離。

例如，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)一條路徑比另一條路徑長(zhǎng)十億分之一。這不算多，但如果從類星體到我們的旅程的總長(zhǎng)度是50億光年，那么一束光會(huì)在另一束到達(dá)我們五年后才會(huì)到達(dá)。不過(guò)，既然兩束光都已經(jīng)到達(dá)了，我們又怎么知道哪一束先到達(dá)，又早到了多少呢？

如果光束的強(qiáng)度是穩(wěn)定的，那我們就沒(méi)那么好運(yùn)了。還好，類星體有時(shí)會(huì)表現(xiàn)出亮度的變化。如果多個(gè)類星體圖像中有一個(gè)突然變亮起來(lái)，我們只需要等待其他的圖像在它們的光束到達(dá)時(shí)變亮就行了。根據(jù)幾何學(xué)和滯后的時(shí)間，天文學(xué)家就可以計(jì)算出類星體的距離，這比任何其他方法都要精確得多。

根據(jù)以這種方式確定的幾個(gè)類星體的距離和它們的紅移值，天文學(xué)家可以計(jì)算出“哈勃常數(shù)”的數(shù)值——距離隨紅移大小增加的速率。對(duì)于這個(gè)常數(shù)，大家現(xiàn)在還了解得非常粗略，對(duì)此還有很多爭(zhēng)議。一個(gè)精確的數(shù)值，比我們現(xiàn)在所擁有的任何東西，都能讓我們能夠更真實(shí)地了解宇宙的大小和年齡。

此外，在類星體和我們自己之間自然應(yīng)存在透鏡物質(zhì)。但迄今為止，在我們確定的幾例引力透鏡現(xiàn)象中，多數(shù)在類星體和我們之間什么都沒(méi)有看到。

也許是因?yàn)楣饩€經(jīng)過(guò)了一個(gè)中子星或黑洞，而我們不可能直接觀察到這個(gè)中子星或黑洞，但我們可以從類星體的扭曲中推斷出它的存在。

更重要的是，天文學(xué)家們想知道宇宙中是否存在大量的質(zhì)量，因?yàn)檫@樣或那樣的原因，我們無(wú)法探測(cè)到，也沒(méi)有考慮到。這種“質(zhì)量缺失”可以解釋星系旋轉(zhuǎn)，或星系團(tuán)聚集在一起的方式。它甚至可能表明，宇宙是封閉的，有一天會(huì)坍縮，而不是永遠(yuǎn)膨脹下去。

類星體對(duì)光的彎曲，可能會(huì)給我們一個(gè)關(guān)于質(zhì)量缺失的性質(zhì)、位置和數(shù)量的暗示。

引力透鏡還可以解釋今天困擾著天文學(xué)家的某些難題。有些情況下，一些高紅移的類星體顯然與紅移低得多的天體有著密切的聯(lián)系。有些情況下，無(wú)線電源頭分離的速度似乎比光更快。通過(guò)利用引力透鏡現(xiàn)象，也許可以找到對(duì)這種異?，F(xiàn)象的解釋。

還有一些關(guān)于“弦”的想法，它是在宇宙最開(kāi)始時(shí)形成的空間-時(shí)間連續(xù)體中的折疊，代表著非常長(zhǎng)的、具有巨大質(zhì)量的、接近一維的天體。類星體的光如果碰巧與這樣的弦交叉，弦兩邊的光，會(huì)比經(jīng)過(guò)任何其它透鏡體都彎曲得更厲害。焦距也會(huì)減小，而這個(gè)類星體的兩幅圖像在空中分離的程度，遠(yuǎn)比我們迄今為止看到的，任何圖像都要大得多。

事實(shí)上，我們發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)類星體，它們相隔157角秒。它們有類似的光譜，在一段時(shí)間內(nèi)，天文學(xué)家們認(rèn)為他們可能得到了第一個(gè)支持“弦”存在的證據(jù)。然而，在仔細(xì)觀察這些光譜后發(fā)現(xiàn)，它們還不夠相似。很明顯，這兩個(gè)類星體是兩個(gè)不同的類星體。

為了獲得引力透鏡的全部好處，天文學(xué)家必須找到盡可能多的引力透鏡，所以他們中的一些人正在急切地計(jì)劃，對(duì)天空進(jìn)行全面的搜索。

【譯者之言：目前，國(guó)際上發(fā)現(xiàn)總共約120個(gè)星系團(tuán)顯現(xiàn)強(qiáng)引力透鏡系統(tǒng)。國(guó)家天文臺(tái)博士生文中略等人利用美國(guó)公開(kāi)的SDSS巡天數(shù)據(jù)，選出近40,000個(gè)星系團(tuán)，通過(guò)仔細(xì)檢查每個(gè)星系團(tuán)的圖像，發(fā)現(xiàn)13例新的星系團(tuán)強(qiáng)引力透鏡系統(tǒng)候選體。其中有4例幾乎無(wú)需證實(shí)就可以肯定是引力透鏡系統(tǒng)，有5例非?？赡苁且ν哥R系統(tǒng)，還有4例很可能是引力透鏡系統(tǒng)。其中有2例由于背景星系與前景星系團(tuán)幾乎在一條視線上，而產(chǎn)生了引力透鏡光環(huán)——愛(ài)因斯坦環(huán)。】

（作者：艾薩克.阿西莫夫（Isaac Asimov），譯者：勁松，校對(duì)：曉燕）