BICEP2望远镜以及观测到的图像，短黑线代表宇宙微波背景辐射的偏振方向

利用一台设在南极、名为“宇宙河外偏振背景成像”（BICEP2）的望远镜，美国科学家捕捉到引力波在宇宙最初图景中产生的涟漪。北京时间3月18日凌晨零点，哈佛大学史密森天体物理学中心宣布了人类科学一项重大突破：发现了宇宙原初引力波存在的直接证据，其成为宇宙暴涨理论的第一个最有力验证。该研究成果同时有望揭示宇宙诞生之谜。

【名词解释】

宇宙大爆炸：宇宙学最有影响的学说，认为宇宙是由一个致密炽热的奇点于约138亿年前一次大爆炸后膨胀形成的。

暴涨：在大爆炸之后的原初时刻，宇宙在极短时间内经历了速度快到无法想象的急剧膨胀，这一过程称为“暴涨”。暴涨理论最早由美国物理学家阿兰·古斯（Alan Guth）提出。他认为，在大爆炸后的10^-37秒时，宇宙发生了一次急剧的膨胀，宇宙从不到一个原子大小膨胀到一个足球的大小。

原初引力波：这是爱因斯坦于1916年在发表的广义相对论中提出的。认为暴涨过程中短暂但剧烈的膨胀会产生引力波，将时空在一个方向压缩的同时在另一方向拉伸。但他同时认为引力波非常微弱，可能永远无法探测到。

宇宙河外偏振背景成像（BICEP2）望远镜的发现间接证明了引力波的存在，这可能是目前对引力波最为信服的证据。所以有媒体用“听到了，那是宇宙的第一声啼哭”为题，来说明这一发现的价值和意义。

【在稻草里捡针】

宇宙学家认为，始于暴涨的原初引力波，现在仍在宇宙中传播，但它们极其微弱、很难直接探测。但它会在微波背景辐射中留下印迹：使辐射偏振，形成螺旋状的特殊形态。这被科学家称之为宇宙微波背景的B模偏振。

大气中的水蒸气会吸收微波辐射，观测宇宙微波辐射需要高海拔和干燥的空气。BICEP2望远镜建在南极冰盖之上，海拔超过2800米，是地球上观测微波背景辐射的最佳地点之一。而且南极大陆至今没有人类定居，能排除手机、电视广播等电子设备带来的信号干扰。

研究人员在这里发现了比“预想中强烈得多”的B模式偏振信号，随后经过3年多分析，排除了其他可能的来源，确认它就是暴涨期间原初引力波穿越宇宙导致的。

宇宙微波背景辐射是遍布空间的低能量，也是开辟鸿蒙的唯一“影像资料”，发现它已经很不容易。此次科学家等于是在无比模糊和扭曲的大背景中抠出一个小瑕疵。用研究共同作者、明尼苏达大学的克莱姆·普赖克的话说：“这就好像要在草堆里找一根针，结果我们找到了一根铁撬棍。”值得一提的是，尽管重大成果已是咫尺之遥，科学家仍用了三年去“验算”，我们要称颂这份耐心和严谨。

宇宙微波背景辐射的B模偏振是科学家们竞相争夺的宝藏。除上述南极望远镜外，智利的阿塔卡马宇宙学望远镜等也在寻找B模式。值得一提的是“普朗克”太空望远镜。自2009年发射升空以来，它一直在精细勘测宇宙微波背景。去年3月，“普朗克”团队发布了迄今精度最高的宇宙微波背景全天分布图，有科学家基于这一分布图计算过辐射偏振情况。“普朗克”团队计划今年发布第一批详尽的全天偏振数据，这将有助于解答暴涨是如何产生的，是什么驱动暴涨等问题。

【里程碑式的成果】

哈佛大学史密森天体物理学中心的这一发现将是物理学界和天文学界里程碑式的重大成果。美国亚利桑那州立大学理论物理学家克劳斯在接受新华社记者采访时说，如被证实，将“可以跻身过去25年最重要的宇宙学发现之列”，有望获得诺贝尔奖。

首先，该发现填补了广义相对论实验验证的最后一块缺失的拼图。

爱因斯坦 1916 年发表的广义相对论预言了宇宙诞生之初产生的一种时空波动——原初引力波——的存在。过去近百年中，广义相对论的其他预言如光线的弯曲、水星的近日点进动以及引力红移效应都已获证实，唯有原初引力波因信号极其微弱，技术上很难测量，而一直徘徊在天文学家“视线”之外。原初引力波的发现是支持广义相对论的又一有力证据，相对论所预言的所有实验现象全部被验证，实验与理论符合得都很好。

其次，这一发现打开了观测宇宙的一扇新窗户。

在天文学几百年来的发展过程中，人们观测宇宙的主要手段是观测光，也就是说几乎所有天文实验都是在收集光子。而根据标准宇宙大爆炸理论，大爆炸之后约 40 万年，光子、电子及其他粒子混在一起，宇宙处于晦暗的迷雾状态，光无法穿透。而引力波则不同，它诞生在宇宙大爆炸之初并以光速传播。引力波被测量到，意味着人们可以通过引力波而一直追溯到大爆炸之后仅仅10^-37秒的极早时期，同时引力波也可以作为另一种观测宇宙的手段。引力波天文学这门新学科的大门也由此打开。

第三，这一发现有助于真正理解宇宙大爆炸原初时刻的物理过程。

根据上世纪 80 年代逐渐发展起来的暴涨理论，140 亿年前，在大爆炸之后不到10^-37秒的时间里，宇宙以指数速度急剧膨胀，原初引力波忠实记录了暴涨时期的物理过程。现在关于大爆炸原初时刻的理论模型有数百个，但都是一种模型，没有被验证。如果这一测量的结果是真实可信的，很多理论模型会被排除。

第四，这一发现意味着对宇宙微波背景辐射的测量将会进入下一个重要里程碑。

宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的“余烬”，是一种弥漫在整个宇宙空间中的微弱电磁波信号。过去几十年中，人们测量微波背景辐射，其实主要测量的是温度场的信息，却一直没有测量到引力波的独特印记——B模式偏振。目前，全球多个小组在探测引力波，新发现无疑将极大鼓舞他们的士气，并促进有关国家进一步加大科研经费和人力资源投入。