Τα πιο ισχυρά τηλεσκόπια της ανθρωπότητας δε βρίσκονται σε βουνοκορφές, ούτε σε τροχιά γύρω από τη Γη. Βρίσκονται στο μακρινό Διάστημα. Είναι οι βαρυτικοί φακοί, που κάποτε ήταν απλώς παράδοξα φαινόμενα, αλλά σήμερα αποτελούν ένα από τα πιο σημαντικά εργαλεία των αστρονόμων.

Σε πολλούς, το σύμπαν μοιάζει σαν την αίθουσα με τους καθρέφτες, γεμάτη παράξενα αντικείμενα και φαινόμενα που αποτελούν πρόκληση για την κατανόηση από μέρους μας του κόσμου που μας περιβάλλει. Λίγοι καταλαβαίνουν πόσο εύστοχη είναι αυτή η μεταφορά. Οι ουρανοί είναι γεμάτοι με όλες τις ψευδαισθήσεις της αίθουσας με τους καθρέφτες των λούνα παρκ: κβάζαρ που φαίνονται τετραπλά, γαλαξίες που δεν έχουν το σύνηθες σχήμα του τροχού ή της κυψέλης αλλά μοιάζουν με μακριά κορδόνια, αστέρια που τρεμοσβήνουν σαν τις λάμπες του δρόμου μια ομιχλώδη νύχτα. Οπως οι ψυχολόγοι δείχνουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τις ψευδαισθήσεις και όσα αυτές υποδείχνουν για τον ψυχισμό των ανθρώπων, έτσι οι αστρονόμοι διαπιστώνουν ότι οι οφθαλμαπάτες του ουρανού αποκαλύπτουν ένα κομμάτι του σύμπαντος που αλλιώς θα μας διέφευγε.

Συνήθως, το φως ενός ουράνιου σώματος ταξιδεύει σε ευθεία γραμμή από το αντικείμενο έως τον προσοφθάλμιο φακό των τηλεσκοπίων μας. Αλλά αν ένα δεύτερο αντικείμενο τύχει να βρεθεί ακριβώς ανάμεσα, η βαρύτητά του μπορεί να εκτρέψει το φως, όπως ακριβώς και ένας γυάλινος φακός. Σαν αποτέλεσμα βλέπουμε ένα παραμορφωμένο, μεγεθυμένο ή πολλαπλό είδωλο του αντικειμένου. Η ανάλυση της εικόνας που προκύπτει μπορεί να φωτίσει άγνωστες πλευρές τόσο του αντικειμένου που παρατηρούμε, όσο και του ουράνιου σώματος που παίζει το ρόλο φακού.

Η αξιοποίηση των βαρυτικών φακών είναι ένα νέο πεδίο, που μόλις πέρασε την εφηβεία σαν επιστημονικός κλάδος. Πριν από περίπου μια δεκαετία, οι αστρονόμοι ήξεραν λιγοστά παραδείγματα βαρυτικών φακών. Από τότε ανίχνευσαν και μελέτησαν ολόκληρες κατηγορίες βαρυτικών φακών: τους λεγόμενους βαρυτικούς μικροφακούς που δημιουργούν ορισμένα κβάζαρ και αστέρες, τους ασθενείς φακούς που προκαλούν ορισμένα σμήνη γαλαξιών, ενώ το 2000 ανακάλυψαν ακόμα και τους πολύ ασθενείς φακούς, που προκαλεί η ανομοιογενής κατανομή των γαλαξιών στην ευρύτερη δομή του ορατού σύμπαντος.

Οι βαρυτικοί φακοί χρησιμοποιούνται σήμερα για τη μελέτη της εσωτερικής δομής των κβάζαρ, τον εντοπισμό μεμονωμένων μαύρων τρυπών, που κινούνται στο διαστρικό Διάστημα, την ανίχνευση πλανητών, με μέγεθος παραπλήσιο με της Γης έξω από το ηλιακό μας σύστημα, ακόμα και για τη διερεύνηση της λεγόμενης «σκοτεινής ύλης», ενός -τουλάχιστον προς το παρόν- αόρατου διαφορετικού είδους ύλης, του οποίου οι αστρονόμοι υποθέτουν την ύπαρξη για να ...βγουν τα νούμερα στις εξισώσεις.

Η υπόθεση για την ύπαρξη βαρυτικών φακών συχνά αποδίδεται στον Αλμπερτ Αϊνστάιν, αλλά στην πραγματικότητα ο πρώτος που την πρόβλεψε, τουλάχιστον εν μέρει, ήταν ο Βερολινέζος αστρονόμος και γεωγράφος Γιόχαν Γκέοργκ φον Σόλντνερ. Ο Σόλντνερ υπέθεσε ότι η ελκτική δύναμη του Ηλιου θα μπορούσε να κάμψει τις ακτίνες φωτός που έρχονται από άλλα άστρα. Σύμφωνα με τη νευτώνεια βαρυτική θεωρία, η θέση ενός άστρου που φαίνεται στις παρυφές του ηλιακού δίσκου θα πρέπει να μετατίθεται κατά 0,84 δεύτερα της μοίρας, σχετικά με τη θέση του άστρου, όπως μετράται μισό έτος μετά, όταν ο Ηλιος βρίσκεται μακριά από τη γραμμή όρασης.

Σύμφωνα με τη θεωρία της Σχετικότητας, η πραγματική γωνία μετάθεσης είναι διπλάσια από εκείνη που προβλέπει η νευτώνεια θεωρία. Ο Αϊνστάιν έγραφε: «Μισό μέρος από αυτή την εκτροπή προέρχεται από το νευτώνειο πεδίο έλξης του Ηλιου και το άλλο μισό από τη γεωμετρική παραμόρφωση ("καμπύλωση") του χώρου που προκαλεί ο Ηλιος». Κατά τη διάσημη σήμερα ηλιακή έκλειψη του Μάη του 1919, οι Βρετανοί αστροφυσικοί Εντινγκτον και Ντάισον, μέτρησαν αυτή την απόκλιση και επιβεβαίωσαν την πρόβλεψη της θεωρίας της Σχετικότητας.

Ο Αϊνστάιν ασχολήθηκε εκ νέου με τη βαρυτική απόκλιση των ακτίνων φωτός στη δεκαετία του 1930, όταν πρόβλεψε ότι ένα άστρο μπορεί να προκαλέσει μεγέθυνση της εικόνας ενός άλλου άστρου που βρίσκεται πιο μακριά απ' αυτό πάνω στη γραμμή παρατήρησης από τη Γη. Αλλά θεωρούσε αμφίβολο, αν αυτή η ψευδαίσθηση θα γίνει ποτέ εφικτό να παρατηρηθεί με τα αστρονομικά όργανα. Πιο αισιόδοξος ήταν ο Φ. Ζίκι, που πρόβλεψε το φαινόμενο βαρυτικού φακού, που προκαλεί ένα σμήνος γαλαξιών, όταν βρίσκεται μπροστά από κάποιους μακρινούς γαλαξίες. Μόλις το 1979 μπόρεσαν, τελικά, οι αστρονόμοι να δουν και να καταγράψουν με χειροπιαστό τρόπο τα φαινόμενα των διαφόρων ειδών βαρυτικών φακών.