1919年，兩次大規模的日食觀測探險才驗證了阿爾伯特·愛因斯坦關於引力的怪異預測——引力會扭曲恆星和其他天體周圍的光波路徑，從而扭曲背景中的物體。現在，研究人員首次在微晶片上精確模擬了這種效應。
任何大質量物體都會扭曲周圍的空間幾何結構，例如，使平行的光線發散或會聚。愛因斯坦廣義相對論描述的一個結果是，當光的光路穿過彎曲的空間區域時，太陽等物體後面的物體可能會看起來被放大或扭曲。
中國南京大學的超材料科學家劉輝和他的同事透過讓光在固體材料中傳播來模擬這種“引力透鏡”效應——這種效應會影響真空中的光。不同的透明介質具有不同的折射率，導致光線彎曲。一個例子是水和空氣之間的介面，這是一種熟悉的效果，當鉛筆半浸入水中時，看起來會斷裂。但是，如果介質的折射率是逐漸變化的而不是突然變化的，它將使光線的路徑在穿過介質時彎曲。
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魏茨曼科學研究所的物理學家烏爾夫·萊昂哈特指出，變化的折射率以與引力彎曲時空相同的方式彎曲光線，因為光總是沿著耗時最短的路徑傳播——無論該路徑的幾何形狀如何。萊昂哈特並未參與這項研究。
彎曲光線的晶片
劉輝和他的合作者在一個整合的光子晶片上模擬了恆星的引力透鏡效應。晶片上的透明塑膠層充當波導，將光線限制在晶片表面。為了改變塑膠的折射率，研究人員必須改變塑膠的厚度。他們透過加熱塑膠並在塑膠冷卻之前新增聚苯乙烯微球來實現這一點。由於塑膠在冷卻時圍繞微球向上升高，波導的厚度在這些微型球體附近增加。該團隊實現的折射率的變化恰好與大質量恆星周圍的時空幾何形狀的彎曲非常相似。
劉輝和他的團隊今天在《自然·光子學》雜誌上線上發表了他們的研究結果。
萊昂哈特說：“這確實是首次使用光學模型模擬愛因斯坦方程的精確解。” 他補充說，該實驗的簡單性——塑膠上的微球——“精美地說明了廣義相對論的一些想法”。
萊昂哈特指出，劉輝團隊開發的光學模擬無法複製引力彎曲的最極端例子——黑洞。這些物體具有如此強大的引力，以至於時空會閉合在自身上，從而形成一個表面——事件視界——光可以透過該表面進入但永遠無法逃脫。2010年，中國南京東南大學的研究人員製造了人造黑洞，可以捕獲微波光。他們使用塗有薄薄一層蝕刻有複雜圖案的銅的電路板條，並以同心圓排列來實現這一點。
路易斯安那理工大學的合作研究者丹喬·格諾夫說，儘管如此，該團隊的微晶片模型“可能掌握著闡明基於廣義相對論的現象的關鍵，這些現象很難透過直接的天文觀測進行研究”。他指出，這包括波長與天體大小相當的無線電波的情況。
劉輝補充說，該微晶片系統在引導、包含和聚焦光線方面的能力也可能有助於提高太陽能電池的效能。