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是的,我们发现了

2014-12-24本刊编辑部

科学24小时 2014年5期
关键词:偏振引力波广义

本刊编辑部

仰望浩渺的星空,你是否总有一个疑问:宇宙究竟从何而来?虽然宇宙大爆炸、宇宙暴胀论等关于宇宙起源的学说,在理论上已相当丰满,但是确凿的证据在哪呢?

北京时间3月18日凌晨,来自美国哈佛大学史密森天体物理中心的科学家宣布,他们发现了宇宙大爆炸后最早时期的神秘时空波纹——原初引力波。这不仅是宇宙刚刚诞生时急剧膨胀的首个直接证据,也是证明宇宙膨胀理论最有力的证据。

138亿年前,宇宙发生大爆炸之后,宇宙在极短的时间内以指数级速度急剧膨胀。这一现象被称为宇宙暴涨。原初引力波如同宇宙大爆炸产生的涟漪,忠实地记录了暴涨时期的物理过程。不过,在很久一段时期里,人类并不知晓这个现象,直到1916年,才由爱因斯坦在广义相对论中提出引力波的存在,但他同时也指出这种现象极其微弱。何况如今能反映暴涨的微波背景辐射温度约为3K(零下270℃),这给人们的观测和验证活动带来了极大的难度。

美国研究人员利用“宇宙泛星系偏震背景成像”(BI⁃CEP2)望远镜,对宇宙大爆炸的“余烬”——微波背景辐射进行观测。BICEP2望远镜建在南极冰盖之上,海拔超过2800米,那里是地球上观测微波背景辐射的最佳地点之一。研究人员在那里发现了比“预想中强烈得多”的偏振信号,并且经过3年多的分析,他们排除了其他可能的来源,终于确认它就是暴涨期间原初引力波穿越宇宙所导致的偏振信号。

虽然科学家并没有直接观测到宇宙早期的引力波,但却在宇宙微波背景辐射中找到了引力波存在的迹象。这次发现不仅再次证明了爱因斯坦的广义相对论,也表明了宇宙早期的暴涨模型的理论是完全正确的。

当然,原初引力波的发现,只是验证宇宙暴涨理论的万里长征的第一步,接下来,科学家们将要努力寻找其他证据证实这一发现。随后科学家将从理论角度思考广义相对论和量子理论的相容性,毕竟,我们曾经认为这两种理论并不相容。然而原初引力波却是引力、宇宙与粒子以及其他自然力在同一尺度下运作时产生的效应。也许,实质性地探究宇宙起源,已从现在真正开始了。

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