寻找“盘古开天地”的宇宙引力波

物理学家还没有找到直接证明宇宙大爆炸的第一个证据，大约在140亿年以前，人类居于其中的宇宙诞生于突如其来的大爆炸，直到天地万物的逐渐呈现，宇宙诞生的物理事件被天体物理学家称为宇宙大爆炸，在宇宙诞生的起点或在宇宙发生大爆炸之后的亿万分之一秒或零到10的负35次方秒的一刹那时间，宇宙奇点出现了几何级数的极速膨胀，速率不均衡的膨胀将宇宙时空拉伸到地球上最强大的望远镜也观测不到的地方。已有多种证据支持的宇宙大爆炸理论，但宇宙诞生的理论模型需要获得直接观测的证明。国际科学合作的研究项目（BICEP2）的发言人曾经发布了一个震惊科学界的大发现，他们似乎找到了宇宙大爆炸的第一个直接证据。

国际合作团队的观测证据是第一次测绘的引力波图像，引力波是在宇宙时空中流动的引力波纹，被称之为宇宙大爆炸的第一次震荡。引力波图像最终能够证实量子力学和广义相对论极其深刻的融合性。哈佛·史密森尼天体物理研究中心的物理学家约翰·科瓦奇解释说，今日宇宙学有一项最重要的目标，就是探测“第一次大震荡”的原初引力波。科学家在原初引力波的探测中付出了大量的精力，所有的努力旨在寻找原初引力波信号。科瓦奇目前是BICEP2合作项目的负责人之一，突破性的成果源于BICEP2望远镜的观测数据，BICEP2项目依据对宇宙微波背景辐射的观测，这是宇宙大爆炸之后遗留的微弱辐射，微小波动的余辉为早期宇宙的形成提供了线索。

宇宙微波背景覆盖整个天空，在微波背景的测量中发现了微小的温度差异，从背景温度的微小差异可以推断，宇宙聚集成了物质密度不同的区域，在物质密集浓缩的区域、星系和星系团在气体云团的挤压过程中形成。宇宙微波背景呈现为微弱的光波，展现了光的所有属性，包括光的偏振。太阳光在到达地球的之前受到了大气层的阻隔，产生了偏振现象，避免了太阳光对地球表面的直射。人们戴上了偏光太阳镜，就会减少太阳光对眼睛的直射，避开了耀眼炫目的光刺激。覆盖太空的微波背景辐射受到原子和电子的阻隔作用，从背景辐射中产生了偏光效应，微波光辐射被分散到各个方向。

加州理工学院喷气推动实验室的物理学家杰米·博克解释说，国际合作团队主要寻找特别类型的偏光，也就是“B型偏光”，最古老的微波背景光线在偏振方向上呈现扭转或扭曲的样式，。宇宙大爆炸引力波在穿越时空的过程中产生了挤压效应，早期引力波在挤压宇宙微波背景时产生了特别的样式，引力波好似光波一样有了偏振样式，物理学用“偏手性“定义了引力波的偏振性，左手或右手的偏振，左手或右手的旋转。斯坦福大学直线加速器中心的物理学家郭朝林解释说，“B型偏振”有漩涡结构的样式，这是非常独特的引力波信号，由引力波的偏手性决定。合作团队第一次为穿越在早期宇宙的引力波绘制了直接观测的图像，郭朝林和杰米·博克担任了国际合作团队的共同负责人。

合作团队在大约1到5度的空间范围进行了观测，或为满月时空间幅度的2到10倍。合作团队的成员利用了遥远的南极望远镜，寒冷、干燥而稳定的南极大气条件有利于天文的观测。南极是地面最靠近太空的地方，干燥而晴朗的天空为天文观测提供了清晰的外在条件，在地球上观测宇宙大爆炸遗留的微波背景辐射时，南极是最完美的观测地点。合作团队的成员对观测的结果感到惊讶，在南极探测的“B型偏振”比有些宇宙学家预测的数值更大，经过对3年多时间收集数据的谨慎分析，排除了任何可能的数据误差，银河系的大量尘埃产生了影响，但他们在分析数据之后认为，银河系尘埃不会对B型偏光样式产生影响。

国际合作团队的共同负责人、明尼苏达大学的物理学家克莱姆·普莱克解释说，他们好似在一堆干草中寻找一根遗落的针，却找到了一根铁棒。哈佛大学的理论物理学家阿维·勒布对发现B型偏光的科学意义进行了评论，观测数据为对宇宙基本问题的深刻理解奠定了基础，宇宙学的基本问题是人类为何存在，宇宙如何起源，观测结果为宇宙大爆炸给出了确凿证据，好似观众在体育场看到了发令枪的烟雾，观测结果显示，宇宙在膨胀过程中变得越来越宏伟。BICEP2制定了第二个阶段的探测计划，在BICEP和凯克阵列开展的天文合作观测活动中，形成了课题共同负责人的组织体系。

约翰·科瓦奇、克莱姆·普莱克、杰米·博克和郭朝林是4位共同的负责人，团队成员来自于不同的大学和研究机构，吸收了有才华的学生，开展了全球、全方位的合作，共同探寻宇宙起源的线索。参与合作研究的大学有加州大学圣迭戈分校、不列颠哥伦比亚大学、多伦多大学、卡迪夫大学、国家标准与技术研究所、法国原子能委员会等。BICEP2合作项目接受了国家科学基金会（NSF）的资助，NSF管理了BICEP2项目的南极观测站，南极望远镜为BICEP2项目的主要观测工具，凯克基金会为望远镜的研制和安装给与了资金支持，NASA和喷气动力实验室、摩尔基金会为科技人员开发的超灵敏度探测器阵列提供了经费，资金和技术的投入为项目团队努力完成探测的使命创造了条件。

（编译：2021-3-18）