專(zhuān)家解讀原初引力波重大發(fā)現(xiàn)：結(jié)論待驗(yàn)證 探索無(wú)止境
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 2014-3-19 甘曉 倪思潔
北京時(shí)間3月18日凌晨，來(lái)自美國(guó)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(cè)到來(lái)自宇宙大爆炸的引力波證據(jù)。美國(guó)宇航局稱(chēng)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(cè)到這么大的原初引力波擾動(dòng)。”3月18日，中科院理論物理所研究員黃慶國(guó)在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者采訪(fǎng)時(shí)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(lái)何種變化？中國(guó)在該領(lǐng)域進(jìn)展如何？《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者就此采訪(fǎng)了相關(guān)專(zhuān)家。
打開(kāi)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(lái)的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。”張新民告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者。
宇宙起源問(wèn)題一直備受關(guān)注。1932年，比利時(shí)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(rèn)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(gè)世紀(jì)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(rèn)為宇宙大爆炸后的極短暫時(shí)期內(nèi)，曾經(jīng)歷過(guò)一個(gè)急劇快速膨脹的階段。
而1916年，愛(ài)因斯坦在發(fā)表廣義相對(duì)論時(shí)便預(yù)言了原初引力波的存在，并認(rèn)為引力波會(huì)造成光線(xiàn)彎曲，產(chǎn)生特殊的B模式偏振。
“原初引力波會(huì)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(cè)B模式偏振，是對(duì)暴漲理論的重要檢驗(yàn)。”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(gè)宇宙空間中的微弱電磁波信號(hào)。過(guò)去幾十年間，科學(xué)家通過(guò)觀(guān)測(cè)微波背景輻射來(lái)尋找“大爆炸”的痕跡，但一直沒(méi)有測(cè)量到引力波的獨(dú)特印記——Ｂ模式偏振。
在天體物理學(xué)家看來(lái)，此次觀(guān)測(cè)到的事實(shí)一旦被確認(rèn)，將成為暴漲理論的首個(gè)直接觀(guān)測(cè)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(wàn)年內(nèi)的宇宙物理規(guī)律，并開(kāi)辟一個(gè)全新的研究領(lǐng)域——引力波宇宙學(xué)。”黃慶國(guó)說(shuō)。
數(shù)據(jù)結(jié)論仍待驗(yàn)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(jǐn)慎的驗(yàn)證。
多年來(lái)，全球多個(gè)天文臺(tái)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(shí)空波動(dòng)”望遠(yuǎn)鏡。張新民相信，其他實(shí)驗(yàn)小組也將會(huì)盡快公布結(jié)果。
根據(jù)黃慶國(guó)等專(zhuān)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(méi)有發(fā)現(xiàn)引力波擾動(dòng)”。“在接下來(lái)的一段時(shí)間里，這可能成為學(xué)術(shù)界新的爭(zhēng)議點(diǎn)。”黃慶國(guó)說(shuō)。
此外，普朗克探測(cè)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(guó)科學(xué)報(bào)》記者透露，預(yù)計(jì)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(lái)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(jìn)一步驗(yàn)證。”
探索永無(wú)止境
“我想，這應(yīng)該才剛剛開(kāi)始。”在黃慶國(guó)看來(lái)，探測(cè)到引力波后，科學(xué)家接下來(lái)將進(jìn)一步更細(xì)致地研究引力波的性質(zhì)以及由此帶來(lái)的對(duì)宇宙的新認(rèn)識(shí)。
據(jù)了解，目前國(guó)內(nèi)也開(kāi)始醞釀一些大的引力波探測(cè)計(jì)劃。夏俊卿介紹說(shuō)，中科院高能所的宇宙學(xué)研究團(tuán)隊(duì)正與國(guó)外實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)展合作，參與目前國(guó)際大型宇宙微波輻射實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目QUBIC實(shí)驗(yàn)。“我們計(jì)劃在南極建造望遠(yuǎn)鏡測(cè)量宇宙微波背景輻射，同時(shí)高精度地測(cè)量極化B模式。”
黃慶國(guó)則告訴記者，目前國(guó)內(nèi)在引力波研究上還存在一些問(wèn)題。“國(guó)內(nèi)做的人少，在國(guó)際上的聲音不大，但我們?nèi)韵Ｍ茏鲆恍┆?dú)到的工作。”
背景鏈接
引力波和宇宙的誕生
1916年，愛(ài)因斯坦在其廣義相對(duì)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(shí)，卻從未被科學(xué)家直接觀(guān)測(cè)到。其主要原因在于這種效應(yīng)太過(guò)微弱。此次觀(guān)測(cè)到的所謂“原初引力波”，被認(rèn)為是宇宙誕生時(shí)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(duì)論認(rèn)為，物質(zhì)和能量會(huì)造成時(shí)空的擾動(dòng)，就像重物壓在床墊上會(huì)凹陷一樣。正是這種時(shí)空的擾動(dòng)或扭曲產(chǎn)生了引力。所以說(shuō)，引力波是攜帶能量穿過(guò)宇宙的漣漪。
關(guān)于宇宙的起源，影響深遠(yuǎn)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(guān)測(cè)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(shí)期曾經(jīng)歷過(guò)一個(gè)急劇快速膨脹的階段，這就是暴漲。它被認(rèn)為發(fā)生在宇宙誕生后的一瞬間，但想要證明這一點(diǎn)極其困難。只有暴漲才能將原初引力波放大到足以被檢測(cè)到的水平，因此如果科學(xué)家能探測(cè)到原初引力波，那么就意味著暴漲必定發(fā)生過(guò)。
