Wstęp

Mówiąc o soczewkowaniu grawitacyjnym należy oczywiście rozpocząć od sformułowanej w 1915 roku przez Alberta Einsteina ogólnej teorii względności (OTW), gdyż to ona właśnie stworzyła podstawy do teorii ugięcia światła w polu grawitacyjnym. Oczywiście można doszukiwać się początków soczewkowania grawitacyjnego w XVIII - wiecznych pracach Newtona, Michella, Cavendisha, Laplace'a, czy też w pochodzących z początku XIX wieku obliczeniach Soldnera, jednak wszystkie te rozważania zakładały, że światło porusza się w płaskiej czasoprzestrzeni (czy też raczej przestrzeni, gdyż pojęcie czasoprzestrzeni wówczas nie istniało, a sama przestrzeń traktowana była jako scena, na której rozgrywają się w czasie zjawiska fizyczne). Tymczasem, zgodnie z OTW ciała obdarzone masą zakrzywiają czasoprzestrzeń, tak jak jest to schematycznie pokazane na rysunku 1. Fotony, których tory zaznaczone są czerwonymi liniami, poruszają się po najprostszych drogach, co sprawia wrażenie jakby działała na nie siła przyciągająca.

Rys. 1 Schemat zakrzywienia czasoprzestrzeni przez obiekt obdarzony dużą masą, np. gwiazdę neutronową lub czarną dziurę. Źródło: Rees M., Begelman M.: Ta siła fatalna.

Kąt ugięcia promienia świetlnego przebiegającego bardzo blisko powierzchni Słońca, obliczony przy pomocy OTW, a więc przy uwzględnieniu krzywizny czasoprzestrzeni wynosi 1,75 sekundy łuku. Taki właśnie kąt został zmierzony (z 25% błędem) przez ekspedycję Arthura Eddingtona w czasie całkowitego zaćmienia Słońca w 1919 roku. Był to jeden z pierwszych znaczących i głośnych dowodów słuszności OTW, ale oprócz tego było to pierwsze obserwacyjne potwierdzenie możliwości istnienia soczewek grawitacyjnych. Do 1937 roku ukazało się kilkanaście ważnych publikacji dotyczących soczewkowania grawitacyjnego, którym zajmowali się m. in. Einstein, Eddington, czy też Zwicky. Ten ostatni w 1937 roku stwierdził, że niezbitym dowodem potwierdzającym słuszność OTW byłoby zaobserwowanie efektu soczewki grawitacyjnej. Według Zwicky'ego w idealnych warunkach, kiedy bardzo odległe źródło światła, masywna galaktyka i ziemski obserwator znajdowaliby się na linii prostej i byliby nawzajem w dobrych odległościach, obserwator powinien widzieć odkształcony przez galaktykę obraz źródła, a dokładnie zamiast świecącego punktu cały świetlny pierścień. Pierścieni świetlnych przewidzianych przez Zwicky'ego nie udało się jednak w tamtym czasie zaobserwować, głównie z braku odpowiednio czułych płyt fotograficznych. Lata 1938 - 1962 to zastój w dziedzinie soczewkowania grawitacyjnego - powstało wtedy chyba mniej niż pięć prac na ten temat. Pewne ożywienie nastąpiło w ciągu dwóch następnych lat i spowodowane było odkryciem kwazarów. Jednak dopiero piętnaście lat później zaobserwowano pierwszą soczewkę grawitacyjną - był to podwójny obraz kwazara Q0951+561 odkryty przez Walsha, Carswella i Weynmanna. Przedstawienie pierwszych obserwacji soczewkowania grawitacyjnego należy jednak poprzedzić omówieniem podstaw teorii tego zjawiska.