原標題:美國科學家發現宇宙大爆炸確鑿證據
美國科學家17日宣布,他們發現了原初引力波穿越嬰兒宇宙留下的印記,這是宇宙剛剛誕生時急劇膨脹的首個直接證據。引力波是在100年前由愛因斯坦的廣義相對論所預言的一種現象,這一發現將最終補上宇宙誕生圖景中最後一片缺失的拼圖,幫助解答宇宙誕生之謎,被認為是諾貝爾獎級別的重大成果。
來自140億年前
原初引力波是愛因斯坦於1916年發表的廣義相對論中提出的,它是宇宙誕生之初產生的一種時空波動,隨著宇宙的演化而被削弱。科學家說,原初引力波如同創世紀大爆炸的「餘響」,將可以幫助人們追溯到宇宙創生之初的「暴漲」——科學界目前普遍認為,宇宙誕生於距今約140億年前的一次「大爆炸」。在大爆炸後不到1秒鐘的原初時刻,宇宙曾在極短時間內經歷了速度快到無法想像的急劇膨脹,這一過程稱為「暴漲」。
然而,廣義相對論提出近百年來,源於它的其他重要預言如光線的彎曲、水星的近日點進動等都被一一證實,而引力波卻始終未被直接探測到,問題就在於其信號極其微弱,技術上很難測量,因此也有人將之戲稱為「世紀懸案」、「宇宙中最大的徒勞無益之事」。
尋針找到鐵棍
美國哈佛-史密森天體物理學中心等機構物理學家利用架設在南極的BICEP2望遠鏡,觀測宇宙大爆炸的「餘燼」——微波背景輻射。微波背景輻射是由瀰漫在宇宙空間中的微波背景光子形成的,計算表明,原初引力波作用到微波背景光子,會產生一種叫做B模式的特殊偏振模式,其他形式的擾動,都產生不了這種B模式偏振,因此B模式偏振成為原初引力波的「獨特印記」。觀測到B模式偏振即意味著引力波的存在。
南極是地球上觀測微波背景輻射的最佳地點之一。研究人員在這裡發現了比「預想中強烈得多」的B模式偏振信號,隨後經過3年多分析,確認它就是原初引力波導致的。研究共同作者、明尼蘇達大學的普賴克說:「這就好像要在草堆裡找一根針,結果我們找到了一根鐵撬棍。」
對這項發現的意義,哈佛-史密森天體物理學中心的理論物理學家阿維·洛布說:「這項工作為一些最基本的問題提供了新見解:我們為什麼會存在?宇宙是怎麼誕生的?這些結果不僅是宇宙暴漲的確鑿證據,它們也告訴我們暴漲是什麼時候發生的,暴漲的威力又有多大。」
有望問鼎諾獎
過去十多年中,有多個研究項目在探測原初引力波,包括普朗克衛星、POLARBEAR地面實驗,及位於南極的另一個「南極望遠鏡」實驗等,其中普朗克衛星是歐洲航天局於2009年5月發射、造價約7億歐元的全天域微波背景輻射觀測望遠鏡。新發現不僅填補了廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的拼圖,讓現代物理學的根基更加堅實。
美國亞利桑那州立大學理論物理學家勞倫斯·克勞斯說,雖然這項成果還需要得到進一步驗證,但「無論怎樣,都令人激動」。如被證實,將「可以躋身過去25年最重要的宇宙學發現之列」,有望獲得諾貝爾獎。