Zjawisko soczewkowania grawitacyjnego jest efektem zakrzywienia czasoprzestrzeni przez masywne obiekty – zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina. Promienie świetlne nie są odchylane w sensie klasycznym (jak np. w pryzmacie), lecz podążają po zakrzywionych trajektoriach w zakrzywionej czasoprzestrzeni. Zjawisko to pozwala obserwować bardzo odległe obiekty we Wszechświecie i jest wykorzystywane m.in. w astrofizyce do wykrywania ciemnej materii i egzoplanet. Jak wyjaśnić to zjawisko?
Światło z bardzo odległej gwiazdy lub galaktyki leci w stronę Ziemi. Po drodze to światło napotyka bardzo masywny obiekt, np. inną galaktykę lub czarną dziurę. Zgodnie z teorią Einsteina, taka masa zakrzywia czasoprzestrzeń – czyli można powiedzieć, że „ugina” przestrzeń wokół siebie.
Światło, które normalnie leciałoby po linii prostej, zostaje zakrzywione – tak jakby „skręcało” wokół tej masy. Dla obserwatora na Ziemi wygląda to tak, jakby światło przyszło z innego kierunku albo jakbyśmy widzieli kilka obrazów tej samej galaktyki naraz. To przypomina działanie soczewki – dlatego zjawisko nazwano soczewkowaniem grawitacyjnym. Masa działa jak soczewka, ale zamiast szkła działa… grawitacja.
Soczewkowanie grawitacyjne zostało przewidziane teoretycznie przez Einsteina w ramach ogólnej teorii względności w 1915 roku, ale przez długi czas uważano je za zbyt trudne do zaobserwowania. Pierwsze wykrycie zostało dokonane w 1919 roku. Podczas zaćmienia Słońca brytyjski astronom Arthur Eddington potwierdził, że światło gwiazd przechodzące blisko Słońca jest zakrzywiane – to było pierwsze eksperymentalne potwierdzenie ogólnej teorii względności. W 1979 – pierwsze prawdziwe soczewkowanie grawitacyjne: Odkryto obiekt nazwany «Q0957+561» – kwazar, który wydawał się być podwojony. W rzeczywistości był to jeden kwazar, którego światło zostało zakrzywione przez galaktykę leżącą po drodze.To był pierwszy potwierdzony przypadek silnego soczewkowania grawitacyjnego.
Od tego czasu zaobserwowano tysiące takich przypadków, a zjawisko soczewkowania stało się bardzo ważnym narzędziem w kosmologii i astrofizyce. Dzięki temu możemy widzieć bardzo odległe obiekty, których inaczej byśmy nie dostrzegli. Możemy badać ciemną materię, bo ona też soczewkuje światło, mimo że jej nie widać. Pomaga też w odkrywaniu planet poza Układem Słonecznym.
Jeżeli pomiary potwierdzają istnienie zjawisk soczewkowania, to Einstein miał rację suponując, że przestrzeń się zakrzywia. Czym zatem jest przestrzeń?
Przestrzeń (dokładniej czasoprzestrzeń) to dynamiczna, elastyczna struktura, która może być odkształcana przez masę i energię. Soczewkowanie grawitacyjne to jedno z jej najbardziej spektakularnych objawów. Pokazuje, że światło nie biegnie „po linii prostej w pustce”, tylko po zakrzywionej drodze w zmienionej geometrii Wszechświata. Aby to zrozumieć, trzeba porzucić dotychczasowe, kartezjańskie myślenie i otworzyć się na abstrakcyjne idee pełne zakrzywień i zawiłości. Takie nadeszły czasy!?
