Ljusavböjning

Ljusavböjning är förändringen av riktningen hos ljusstrålar när de färdas genom områden med olika optiska egenskaper eller under påverkan av gravitation. Fenomenet kan uppkomma både i optik och i kosmologi, där det beskriver hur ljus böjs när det passerar genom medier eller genom ett krökt spacetimefält runt massiva objekt.

Inom optik uppstår avböjningen när ljus passerar gränser mellan medier med olika refraktiva index eller när indexet varierar gradvis längs strålen. Snells lag, n1 sin θ1 = n2 sin θ2, beskriver vinklarna vid en skarp gräns mellan två medier. Vid en kontinuerlig variation i index följer ljuset en böjd bana, ofta beskriven av gradienter i refraktivt index i materialet. Fenomen som brytning och dispersion uppträder i optiska instrument som linser och prismor, liksom i atmosfären där ljuset böjs och orsakar effekter som mirage.

Gravitationell avböjning kallas gravitationslinsning. En massiv kropp kröker spacetime och ljuset följer dessa geodetiska banor, vilket leder till att ljuset avböjs. I svagt fält kan deflektionsvinkeln approximativt proportional till massan och invers med närheten till massan, ofta uttryckt som α ≈ 4GM/(c^2 b) för ett ljusbana med avstånd b till massan M. Denna effekt är välkänd från stjärnklassiska observationer under 1900-talet och används idag för att studera galaxer, galaxhopar och mörk materia genom gravitationslinsning, som ofta ger flera bilder, saxlika eller rundade ringar (Einsteinringar) av ljuset runt tunga objekt.

Ljusavböjning är därmed ett centralt begrepp i både optik och kosmologi, med praktiska tillämpningar i instrument och viktiga teoretiska konsekvenser för vår förståelse av universum.