1919年，两次大规模的日食观测探险才验证了阿尔伯特·爱因斯坦关于引力的怪异预测——引力会扭曲恒星和其他天体周围的光波路径，从而扭曲背景中的物体。现在，研究人员首次在微芯片上精确模拟了这种效应。
任何大质量物体都会扭曲周围的空间几何结构，例如，使平行的光线发散或会聚。爱因斯坦广义相对论描述的一个结果是，当光的光路穿过弯曲的空间区域时，太阳等物体后面的物体可能会看起来被放大或扭曲。
中国南京大学的超材料科学家刘辉和他的同事通过让光在固体材料中传播来模拟这种“引力透镜”效应——这种效应会影响真空中的光。不同的透明介质具有不同的折射率，导致光线弯曲。一个例子是水和空气之间的界面，这是一种熟悉的效果，当铅笔半浸入水中时，看起来会断裂。但是，如果介质的折射率是逐渐变化的而不是突然变化的，它将使光线的路径在穿过介质时弯曲。
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魏茨曼科学研究所的物理学家乌尔夫·莱昂哈特指出，变化的折射率以与引力弯曲时空相同的方式弯曲光线，因为光总是沿着耗时最短的路径传播——无论该路径的几何形状如何。莱昂哈特并未参与这项研究。
弯曲光线的芯片
刘辉和他的合作者在一个集成的光子芯片上模拟了恒星的引力透镜效应。芯片上的透明塑料层充当波导，将光线限制在芯片表面。为了改变塑料的折射率，研究人员必须改变塑料的厚度。他们通过加热塑料并在塑料冷却之前添加聚苯乙烯微球来实现这一点。由于塑料在冷却时围绕微球向上升高，波导的厚度在这些微型球体附近增加。该团队实现的折射率的变化恰好与大质量恒星周围的时空几何形状的弯曲非常相似。
刘辉和他的团队今天在《自然·光子学》杂志上在线发表了他们的研究结果。
莱昂哈特说：“这确实是首次使用光学模型模拟爱因斯坦方程的精确解。” 他补充说，该实验的简单性——塑料上的微球——“精美地说明了广义相对论的一些想法”。
莱昂哈特指出，刘辉团队开发的光学模拟无法复制引力弯曲的最极端例子——黑洞。这些物体具有如此强大的引力，以至于时空会闭合在自身上，从而形成一个表面——事件视界——光可以通过该表面进入但永远无法逃脱。2010年，中国南京东南大学的研究人员制造了人造黑洞，可以捕获微波光。他们使用涂有薄薄一层蚀刻有复杂图案的铜的电路板条，并以同心圆排列来实现这一点。
路易斯安那理工大学的合作研究者丹乔·格诺夫说，尽管如此，该团队的微芯片模型“可能掌握着阐明基于广义相对论的现象的关键，这些现象很难通过直接的天文观测进行研究”。他指出，这包括波长与天体大小相当的无线电波的情况。
刘辉补充说，该微芯片系统在引导、包含和聚焦光线方面的能力也可能有助于提高太阳能电池的性能。