倾听宇宙大爆炸的回声

撰文｜克拉拉·莫斯科维茨（Clara Moskowitz）

翻译｜王栋

原初引力波遗留的痕迹，向我们透露了初期宇宙暴胀是何时发生的，以及是如何发生的。

宇宙暴胀理论又胜了一局！这个认为宇宙在大爆炸后，经历过一段急剧膨胀过程的理论，有了强有力的证据支持。2014年3月，物理学家证实了宇宙暴胀理论的一个重要预言。在南极进行的“银河系外宇宙偏振背景成像2”（BICEP2）实验，发现了原初引力波（早期宇宙暴胀时期产生的时空交织的涟漪）的证据。物理学家认为，这一发现不仅是宇宙曾经历过暴胀的主要证据，而且还让众多描述暴胀的不实理论由此出局。“这确实大大缩减了那些曾经看似合理的暴胀候选模型的数量。”美国约翰斯·霍普金斯大学的马克·卡明科夫斯基（Marc Kamionkowski）说。卡明科夫斯基虽然没有参与上述实验，但早在1997年，他就和其他科学家一同提出了如何发现引力波“痕迹”的理论——用他的话来说，“这不是在稻草堆里找一根针，而是在满满的一大桶沙子里找一根针”。

从宇宙大爆炸之后不久出现的、残留到现在的“光”（宇宙微波背景辐射）中，BICEP2实验发现了一个所谓的“原初B模式极化”。大致说来，光在极化方向（电磁振荡的取向）上发生了一点点弯曲，这只可能由暴胀产生的引力波导致。“我们发现了暴胀的确凿证据，而且还生成了遍布宇宙的引力波的首幅图像。”美国斯坦福大学的郭兆林（Chao-Lin Kuo）介绍。他是该项研究的领军人之一，并设计了BICEP2的探测器。

在物理研究领域，如此重大的发现还需其他实验证实才能真正被认可。然而目前得到的结果已预示了宇宙学的一个重大成就。“虽然不能说没有出错的可能，但我认为该结果极可能成立。”美国麻省理工学院的艾伦·古思（Alan Guth）说。他于1980年首次预言了宇宙暴胀。

目前，物理学家正在仔细分析这项重大发现，试图理清暴胀的时间线，以找到其他线索。BICEP2的测量结果显示，暴胀发生在宇宙大爆炸之后的一万亿亿亿亿分之一秒。那时，宇宙的能量极高，除了引力之外，当时自然界中所有其他的基本力（电磁力、强相互作用力和弱相互作用力）或许曾经为一种力。此外，这个新的测量结果还能够消除对暴胀理论持怀疑态度者的疑虑。暴胀理论的主要研究者之一、美国斯坦福大学的安德烈·林德（Andrei Linde）说：“如果该发现得到证实，暴胀理论就可以说是这方面唯一的真理了。”

“吹起来”：膨胀的宇宙引发了拉伸、压缩时空的引力波。