如此先進(jìn)的新世界觀,必然要求一種同樣先進(jìn)的新觀察方法。愛因斯坦的廣義相對論,給我們帶來了一種對宇宙的顛覆性理解,而這種理解正在指引科學(xué)家們將空間本身做成望遠(yuǎn)鏡。這種構(gòu)想一旦成功,這些由萬有引力打造的宇宙望遠(yuǎn)鏡,其能力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們能在地球上建造的任何設(shè)備。

根據(jù)愛因斯坦的理論,空間和時(shí)間能被任何形式的質(zhì)量扭曲。每一個行星、恒星和星系都會在空間中產(chǎn)生一個凹陷——物體的質(zhì)量越大,凹陷越大。因此,無論暗物質(zhì)是什么,也無論它在哪里聚集,都會使周圍的空間變形。當(dāng)光穿過這些由大質(zhì)量物體所產(chǎn)生的凹陷時(shí),自然而然地就會改變方向,其結(jié)果和在空間放置一個巨大的透鏡是一樣的。單從引起光線彎曲和偏轉(zhuǎn)的效果來看,這種由空間結(jié)構(gòu)變化所產(chǎn)生的引力透鏡,和傳統(tǒng)的由玻璃或塑料制成的光學(xué)透鏡沒什么兩樣。

盡管這是一個很抽象的理論,但在現(xiàn)實(shí)中,這一理論可能會成就一項(xiàng)非常實(shí)際的應(yīng)用,并由此衍生出當(dāng)代宇宙探索者手中最強(qiáng)大的工具。就像我們能通過理解量子力學(xué),創(chuàng)造出一項(xiàng)革新性的影像技術(shù)——核磁共振成像(MRI)。通過該技術(shù)醫(yī)生可以直接觀察人體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),而這在一百年前根本是無法想象的。廣義相對論同樣給予了天體物理學(xué)家一種觀測宇宙的新方法。愛因斯坦理論將我們的視線推廣到了一個新極限,并首次為我們揭示了宇宙中黑暗組成部分的細(xì)節(jié)。在引力透鏡的幫助下,我們能夠?qū)⒂^察范圍擴(kuò)大到最遙遠(yuǎn)的星系,發(fā)現(xiàn)其他遠(yuǎn)離太陽系的神秘行星以及空間中旋轉(zhuǎn)的黑洞。

更重要的是,我們可以借助引力透鏡去揭開暗物質(zhì)和暗能量的神秘面紗?？茖W(xué)家已經(jīng)開始研究這些包裹著星系和恒星、并占據(jù)宇宙大部分組分的暗物質(zhì),同時(shí)著手探究無光區(qū)域的宇宙結(jié)構(gòu)。在無限延展的宇宙中,暗物質(zhì)形成了一個由引力刻畫、并帶有暗能量印鑒的網(wǎng)絡(luò),而引力透鏡是唯一可以幫助我們繪制出這張網(wǎng)的工具。這種新式的引力望遠(yuǎn)鏡——即愛因斯坦望遠(yuǎn)鏡——將幫助我們破解暗物質(zhì)和暗能量的謎題,并最終帶領(lǐng)我們獲得對空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量的基礎(chǔ)本質(zhì)更深層次的領(lǐng)悟。

核心問題