观测地点:南极极点附近 

　　研究团队:美国哈佛—史密森天体物理学中心的射电天文学研究团队及其架设的实验性望远镜BICEP2 

　　科学事件:寻获了宇宙诞生之初才有的时空“涟漪”———原初引力波

　　证实广义相对论和宇宙暴涨论

　　原初引力波的发现，填补了广义相对论实验验证中“最后一块缺失的拼图”。中国科学技术大学天文学系教授赵文，长期从事宇宙原初引力波理论研究及其探测，将在我国在建世界最大口径射电望远镜FAST项目中负责宇宙原初引力波等探测。他在接受本报采访时指出，爱因斯坦的广义相对论是目前为止最成功描述引力的理论，过去近百年中，其中的很多预言都得到了实验和观测的证实。引力波是传递引力效应的一种新的物质波，是时间空间自身的扰动行为，这是相对论最重要的预言之一，也是最根本、最后被证实的预言。“此次发现引力波，意味着至少在经典图像中，广义相对论已经没有什么问题了。” 

　　原初引力波之所以备受关注，还有一个原因在于它和宇宙大爆炸的原初时刻息息相关。据赵文教授介绍，引力波有很多种来源。目前大概可以分为两类：一类是由中子星、黑洞等非常致密的天体来产生的，被称为孤立的引力波源；另一类是宇宙极早期产生的引力波背景辐射。这次发现的原初引力波属于后一种。“找到该引力波，就意味着暴涨宇宙学的模型基本上被证实了。因为暴涨宇宙学是目前最成功的描述极早期宇宙演化行为的模型。其所有预言，除了引力波之外，都已经被观测证实。现在引力波也发现了，基本上这个模型的基本图像不再有什么重大问题了。” 

　　浙江大学理论物理博士、科学松鼠会成员李剑龙认为，“这次原初引力波的发现，是支撑宇宙暴涨理论模型迄今为止最有力的证据。这就好比破案，以前你只是在现场发现到处都有嫌疑犯的指纹，但仍不足以有足够证据让他上法庭，现今的发现就相当于在凶器上找到了指纹，可以直接指认他了。” 

　　宇宙大爆炸还存在很多谜题 

　　科学界目前普遍认为，宇宙诞生于距今约140亿年前的一次大爆炸。在大爆炸之后不到10的-35次方秒的时间里，宇宙以快到无法想象的速度急剧膨胀。原初引力波忠实记录了暴涨时期的物理过程。当然，除此之外，宇宙大爆炸的起源还有很多其他关键问题。例如，宇宙暴涨发生的物理机制是什么？暴涨之前是什么阶段？暴涨是怎样结束的？宇宙中的物质是怎样产生的？“但我认为，这些问题都只能存在于理论研究和讨论的层次，因为无法或者很难从观测上给出答案。”赵文如是表示。 

　　中山大学田文宇空间科学研究院院长李淼指出：“关于宇宙，除了探讨起源之外，暗能量究竟具有怎样的性质，应该是下一个最关键的问题之一。”宇宙中96%都是看不见摸不着的东西，被科学家称为宇宙的暗物质和暗能量。 

　　李剑龙说，有关宇宙的问题总是充满了不断探索和意外发现，以前人们想用哈勃望远镜看看地球以外的宇宙世界，却意外发现了宇宙在膨胀。“这些理论物理的基础研究，看上去不能带来经济意义，但人类要探索宇宙和利用宇宙，第一步就是要了解它。” 

　　草堆捞针却收获了“铁撬棍” 

　　探测引力波被称为“宇宙中最大的徒劳无益之事”，因为引力相互作用非常微弱，产生的物理效应实在太小。 

　　美国哈佛—史密森天体物理学中心等机构的物理学家们采用的方法是：利用架设在南极的BICEP2望远镜，观测宇宙大爆炸的“余烬”———宇宙微波背景辐射(CMB)。CMB是由弥漫在宇宙空间中的微弱的电磁波信号形成的，迄今为止它被认为是证明宇宙起源于一次大爆炸事件的最好证据。计算表明，原初引力波作用到微波背景光子，会产生一种叫做B模式的特殊偏振模式，这是其他形式的扰动都产生不了的，B模式偏振因此成为原初引力波的“独特印记”。 

　　南极是地球上观测微波背景辐射的最佳地点之一。据赵文介绍，大多数此类望远镜都建在南极，主要是为了排除大气中水分对望远镜观测的影响。果然，研究人员此次在南极发现了比“预想中强烈得多”的B模式偏振信号，随后经过3年多的缜密分析，排除了其他可能的来源，确认它就是原初引力波导致的。这些辐射中的微小涨落提供了早期宇宙状况的信息，不仅成为宇宙大爆炸后暴涨过程产生引力波扩散的证据，还能揭示暴涨发生的时间和强度。研究共同作者、明尼苏达大学的克莱姆·普赖克说：“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。” 

　　中国科学家也在探测引力波 

　　无独有偶，在美国科学家此次公布南极BICEP望远镜关于原初引力波发现的数据之前，赵文教授和他的同事们也发现了很多类似的数据。“我们的数据主要来自于美国WMAP卫星和欧洲PLANCK卫星。一般认为，分析这些已有的数据，不会发现任何引力波存在的迹象。但早在2010年时我们就已指出，WMAP的观测数据中其实已经显示了引力波存在的迹象，只是WMAP组的数据分析方法存在缺陷，所以才没有发现而已。我们前一阵再次对最新PLANCK和WMAP的数据进行分析，再次证实并强调了我们的观点。更为重要的是，我们在老的数据中发现的引力波的大小，和这次BICEP发现的引力波的大小是一致的。他们的数据非常好，观测精度高了很多。” 

　　赵文告诉记者，我国正在贵州建设世界上最大的单口径的射电望远镜FAST，预计2016年可以建成并投入使用。届时，可以通过该望远镜对脉冲星的信号进行非常高精度的测量来探测引力波，从而使我国在此领域也占有一席之地。 

　　我国正参与的一个重大国际合作计划“SKA”，最主要的科学目标之一也是探测引力波，将分别在澳大利亚和南非建成世界上最好的射电望远镜。我国目前还在寻求与欧洲空间局的合作，参与LISA探测计划。此外，重庆大学的李芳昱教授还独立发展了一套高频引力波探测技术，这些年一直在积极推进该探测器的设计和建造，希望能探测到非常高频率的引力波信号。 

　　本报记者　董纯蕾 马丹 易蓉