眼见为实——但其实我们看到的往往并非真实存在。或者说那景象是真实存在的，只不过是在另外一个地方，并非在我们原以为它在的那个位置。
物体发出光线，光线到达我们的眼睛——我们就是借此来观察它们的。当我们试图推断观察到的物体的实际位置时，我们的大脑会本能地从我们的眼睛朝光线射来的方向画出一条直线。但有时光线并非沿直线传播的。这时我们的大脑就被愚弄了，我们看到的东西并不在我们认为的地方。
光线的弯曲在自然界中经常发生。比如，光从水传到空气中会发生折射，这也是为什么你徒手抓鱼时很难抓到：鱼并不在你以为的那个位置。另外，光线穿过热空气时也会发生轻微的扭曲。这就是为什么你会看到热腾腾的路面上空气摇曳颤抖，为什么有些人在沙漠中会被本不存在的水的幻象引入歧途。但是，我们也可以利用光的弯曲做好事：例如，眼镜被用来扭曲光线，弥补眼睛的缺陷，并使人们拥有清晰的视野，没有眼镜的话，人们就看不清东西。另外，显微镜也可以通过巧妙地弯曲光线，把最小的细菌放大，让人们看到。
宇宙中的光并不总是沿直线传播
我们通过天文望远镜和天文台观测宇宙，靠的是穿过星际空间到达地球的光。但是这些光很少有完全沿直线传播的。之所以这样，是因为有引力：这是太空本身的几何结构造成的引力弯曲，它导致了光在宇宙中的传播路径的扭曲。因此，在太空中也一样，你有时看到的天体并不在你以为的位置，这个效果称为引力透镜，而且它对于测量和观察宇宙的天体物理学家有着重要意义。
大多数情况下，导致空间弯曲，从而使得光线弯曲的是大质量的物体。一般来说，物体越沉，光因其弯曲的幅度就越大。较小的物体，比如说月球，质量就不足以影响它周围的光。但恒星的质量非常大，它会稍微改变附近经过的光线的路径。
以太阳为例。就恒星而言，太阳是其中较轻的，因此它不会让光线扭曲得太多。事实上，1919年，亚瑟·爱丁顿爵士在日食期间非常密切地观察了太阳，发现它附近的恒星所在位置与它们应该在的位置有偏差，该偏差和广义相对论预测的完全一致。这个发现使得爱因斯坦一夜成名：头条写着《太空是弯曲的！》的报纸传遍了世界，报道了世上首次确切观测到的引力透镜。
引力透镜遍布宇宙
今天，引力透镜效应在宇宙中处处可见，成为天文学家的工具，可以让他们非常便利地计算遥远恒星或星系的质量和/或距离。一个非常突出的例子便是“爱因斯坦十字”：如果你用非常高级的天文望远镜看飞马座中特定的一个点，你可以看到五个光点组成的十字。其中心是一个星系，距离我们约有5亿光年，该星系有一个颇具诗意的名字，UZCJ224030.2+032131。包围着它的另外四个光点实际上是同一物体——类星体QSO2237+0305的四重影像。这个类星体（其实它是个明亮得不可思议的星系）距离我们约100亿光年远，从地球的视角来看，它位于UZCJ224030.2+032131之后。
宇宙中的引力透镜和光学透镜不太一样。其中有几处非常重要的区别。首先，从接近光学透镜中心处穿过的光线，其弯曲程度比穿过其外缘的光线要小得多。可引力透镜恰恰相反：光线穿过的位置越接近该物体，其传播路径的变化就越大。所以，引力透镜和光学透镜不一样，它没有单一的焦点。而是常常有一条焦线。因此，我们会看到遥远物体的影像大多是扭曲的，而不是被放大的。
其次，引力透镜往往并非完美的球体，而是形状不规则的物体，比如星系。因此，它们的引力场也是不规则的，光线折射的具体路径相当复杂。它可以导致多重影像出现，就像“爱因斯坦十字”那个例子一样。只有透镜物体近乎圆形时，我们才能看到所谓的“爱因斯坦环”：透镜后面的一样物体扭曲成环状，似乎蚀掉了引力透镜。举例来说，下方图19的LRG（发光红色星系）3-757便是如此。
图18、19 “爱因斯坦十字”与“爱因斯坦环”。引力透镜遍布宇宙。 图像提供：欧洲航天局（ESA）与美国国家航空航天局（NASA）/哈勃太空望远镜
正如我们提到过的，光的弯曲越严重，表明光线经过物体时离它越近。理论上来说，这就使得黑洞成为超大的引力透镜。它们可能和一般的恒星一样重，但体积要小得多。事实上，黑洞视界附近的引力特别强大，经过的光线要绕黑洞多次才能继续前行。这就是为什么观察一个理想的黑洞（即周围没有太多其他物质围绕以致干扰观测它的视野），你甚至能看到好几个爱因斯坦环。普通的光学透镜自然是无法做到的。
引力透镜：给宇宙称重的一个法子
不管是坐落在秘鲁高原上的巨大碟形天线天文望远镜阵列，还是安放在像哈勃一样的人造卫星上的天文望远镜，对于想搞清楚通过它们看到的画面的人，引力透镜效应都至关重要。我们看到的很多画面都是宇宙的海市蜃楼。
不过，对于那些想画出精确星图的人来说，这个效应并非只有妨碍作用，它对衡量宇宙的重量有极大帮助。因引力透镜效应扭曲的恒星和星系的光非常有特点，可以让人轻松识别出来。另外，从这种光的红移，人们还可以很好地估测出光源与地球的距离。利用这两条信息，我们可以相当准确地估算出光源和地球之间所有天体的质量。此举就像凭着热腾腾的路面上方波动的空气猜测路面的温度——这并不容易，但是绝对可能。
这个方法不仅被用来计算某个星系的质量，而且可以得到关于整个宇宙中所分布物质的一些信息。然后我们可以计算我们能观测到的所有恒星、星系、星云和尘云的质量，用它们的总质量和前文估算的质量数据做比较。
告诉大家，我们得到的结果非常惊人：两个数字完全不一致！看上去宇宙中的引力要比物质多得多——好吧，至少它比我们可见的物质多得多。因此，宇宙中的大多数物质，这些我们通过光受到的透镜效应可以推测出来的物质，一定是我们看不见的（看不见的意思是，它们本身是完全不可见的，不仅仅是因为光线暗淡让我们看不见）。这个情况其实和其他许多独立观测的结果完全吻合，这说明宇宙中存在一种新形式的物质——暗物质。我们会在另一个单独的章节中讲到它。
