專家解讀原初引力波重大發(fā)現(xiàn)：結(jié)論待驗證 探索無止境
來源：中國科學(xué)報 2014-3-19 甘曉 倪思潔
北京時間3月18日凌晨，來自美國哈佛大學(xué)史密森天體物理中心的科學(xué)家宣布，他們首次探測到來自宇宙大爆炸的引力波證據(jù)。美國宇航局稱該成果為“迄今為止證明宇宙暴漲理論最有力的證據(jù)”。
“在昨晚以前，我都不太相信這么快就能探測到這么大的原初引力波擾動。”3月18日，中科院理論物理所研究員黃慶國在接受《中國科學(xué)報》記者采訪時多次感慨這一成果“出人意料”。
這一重大發(fā)現(xiàn)意味著什么？它將為理論物理研究帶來何種變化？中國在該領(lǐng)域進展如何？《中國科學(xué)報》記者就此采訪了相關(guān)專家。
打開一扇窗
3月17日晚上，中科院高能物理所研究員張新民和同事守在電腦前，為科學(xué)家獲得“暴漲理論”的直接證據(jù)興奮不已。
“這是基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域近年來的一個重大發(fā)現(xiàn)。”張新民告訴《中國科學(xué)報》記者。
宇宙起源問題一直備受關(guān)注。1932年，比利時牧師兼物理學(xué)家喬治•勒梅特首次提出現(xiàn)代宇宙大爆炸理論，認為宇宙由大約200億年前發(fā)生的大爆炸形成。為解釋這一模型中的難題，半個世紀后，麻省理工學(xué)院科學(xué)家阿蘭•古斯提出“宇宙暴漲理論”，認為宇宙大爆炸后的極短暫時期內(nèi)，曾經(jīng)歷過一個急劇快速膨脹的階段。
而1916年，愛因斯坦在發(fā)表廣義相對論時便預(yù)言了原初引力波的存在，并認為引力波會造成光線彎曲，產(chǎn)生特殊的B模式偏振。
“原初引力波會在微波背景輻射中留下痕跡，并產(chǎn)生所謂B模式偏振。探測B模式偏振，是對暴漲理論的重要檢驗。”北京大學(xué)物理學(xué)院教授范祖輝告訴記者。
宇宙微波背景輻射是一種彌漫在整個宇宙空間中的微弱電磁波信號。過去幾十年間，科學(xué)家通過觀測微波背景輻射來尋找“大爆炸”的痕跡，但一直沒有測量到引力波的獨特印記——Ｂ模式偏振。
在天體物理學(xué)家看來，此次觀測到的事實一旦被確認，將成為暴漲理論的首個直接觀測證據(jù)。“引力波的發(fā)現(xiàn)有可能幫助我們了解宇宙大爆炸后38萬年內(nèi)的宇宙物理規(guī)律，并開辟一個全新的研究領(lǐng)域——引力波宇宙學(xué)。”黃慶國說。
數(shù)據(jù)結(jié)論仍待驗證
科學(xué)史表明，越是重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)越需要小心謹慎的驗證。
多年來，全球多個天文臺都在尋找原初引力波，包括在軌歐空局普朗克衛(wèi)星、智利北部的“時空波動”望遠鏡。張新民相信，其他實驗小組也將會盡快公布結(jié)果。
根據(jù)黃慶國等專家的分析，目前普朗克衛(wèi)星發(fā)布的科學(xué)結(jié)果與此次哈佛大學(xué)研究人員公布的結(jié)果存在矛盾，普朗克衛(wèi)星的研究結(jié)論是“沒有發(fā)現(xiàn)引力波擾動”。“在接下來的一段時間里，這可能成為學(xué)術(shù)界新的爭議點。”黃慶國說。
此外，普朗克探測器低頻組核心成員、中科院高能物理所研究員夏俊卿向《中國科學(xué)報》記者透露，預(yù)計今年6月研究人員將公布普朗克衛(wèi)星獲得的結(jié)果。“從現(xiàn)在的情況看，來自普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù)與此次公布的數(shù)據(jù)存在一定差別，這一結(jié)果還需要進一步驗證。”
探索永無止境
“我想，這應(yīng)該才剛剛開始。”在黃慶國看來，探測到引力波后，科學(xué)家接下來將進一步更細致地研究引力波的性質(zhì)以及由此帶來的對宇宙的新認識。
據(jù)了解，目前國內(nèi)也開始醞釀一些大的引力波探測計劃。夏俊卿介紹說，中科院高能所的宇宙學(xué)研究團隊正與國外實驗項目開展合作，參與目前國際大型宇宙微波輻射實驗項目QUBIC實驗。“我們計劃在南極建造望遠鏡測量宇宙微波背景輻射，同時高精度地測量極化B模式。”
黃慶國則告訴記者，目前國內(nèi)在引力波研究上還存在一些問題。“國內(nèi)做的人少，在國際上的聲音不大，但我們?nèi)韵Ｍ茏鲆恍┆毜降墓ぷ鳌?rdquo;
背景鏈接
引力波和宇宙的誕生
1916年，愛因斯坦在其廣義相對論中預(yù)言了引力波的存在可能性。迄今為止，這一現(xiàn)象雖被間接證實，卻從未被科學(xué)家直接觀測到。其主要原因在于這種效應(yīng)太過微弱。此次觀測到的所謂“原初引力波”，被認為是宇宙誕生時發(fā)出的引力波痕跡，其中隱藏著有關(guān)宇宙如何形成的關(guān)鍵信息。
廣義相對論認為，物質(zhì)和能量會造成時空的擾動，就像重物壓在床墊上會凹陷一樣。正是這種時空的擾動或扭曲產(chǎn)生了引力。所以說，引力波是攜帶能量穿過宇宙的漣漪。
關(guān)于宇宙的起源，影響深遠的理論之一就是宇宙大爆炸理論，但大爆炸理論并非與所有天文觀測結(jié)果相吻合。因此，又有科學(xué)家提出宇宙在大爆炸之后的短暫時期曾經(jīng)歷過一個急劇快速膨脹的階段，這就是暴漲。它被認為發(fā)生在宇宙誕生后的一瞬間，但想要證明這一點極其困難。只有暴漲才能將原初引力波放大到足以被檢測到的水平，因此如果科學(xué)家能探測到原初引力波，那么就意味著暴漲必定發(fā)生過。
