原初引力波探測經歷“一千零一夜”

越來越多的天體物理學家開始懷疑一種宇宙大爆炸理論的證據，宇宙原初引力波的存在仍然是理論的假說。一個原初引力波的搜索團隊不久前宣佈了一則重磅消息，他們找到了能夠支持宇宙大爆炸理論的證據。有些天體物理學家對原初引力波發現的真實性和有效性持十分懷疑的態度，如果原初引力波的發現得到了證實，那麼這無疑是科學史上的一大突破，這一發現的意義在於證實了我們的宇宙是如何誕生的。原初引力波隨着宇宙的大膨脹穿越了整個天空。毫無疑問，引力波的發現證實了阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論的預測，而原初引力波的發現以獨特方式證實了宇宙大膨脹的理論假說。大約在138億年前，我們的宇宙在遠小於一秒的微小時刻發生了無比震撼的極速而猛烈的大爆發。

宇宙在遠不到一秒的極短時刻迅猛地地膨脹了一萬億億倍，有一種支持宇宙暴漲理論的直接證據，科學家一直在尋找作爲直接證據的宇宙原初引力波。今年3月份，一個由哈佛—斯密森尼天體物理中心的科學家組建的團隊宣佈了宇宙引力波的發現，科學團隊的觀測成果攪動了人們探索宇宙的熱情，但人們的科學家思維方式表現了理智大於情感的特徵，科學人士對原初引力波發現的真實性產生了越來越多的爭議，這一科學發現是正確和有效的，還是錯誤和無效的？BICEP2科學團隊聲稱，通過使用了南極望遠鏡或BICEP2望遠鏡，他們發現了原初引力波的信號。哈佛—斯密森尼天體物理中心的研究員、BICEP2項目團隊的負責人約翰·科瓦奇解釋說，今日宇宙學最重要的發現之一是證實原初引力波的存在，科學團隊的主要目標就是探測原初引力波信號。

團隊成員將觀測目標鎖定在一個特別的天空區域或被稱爲“南極洞”，它位於銀河系的外部，南極洞包含了很少的塵埃或含有很少的銀河系物質，天文學家選擇了這一觀測區域，塵埃物質對觀測的干擾被減少到很低的水平。通過觀測宇宙微波背景輻射或宇宙大爆炸之後遺留在太空的分佈均勻的微弱光輻射，他們在宇宙微波背景輻射中發現了微小的波動現象，背景輻射的波動信號提供了早期宇宙條件的重要線索。宇宙微波背景中波動起伏的信號可能證明原初引力波的存在。在宇宙大爆炸之後的38萬年，原初引力波穿越了整個宇宙天空，而南極望遠鏡可能捕獲原初引力波的圖像。科學人士普遍認爲，原初引力波的發現一旦得到同行科學家的驗證，科學團隊將是諾貝爾物理學獎的有力競爭者。

不是所有的科學家都認可科學團隊的發現，質疑之聲不絕於耳，科學博客和《科學》、《新科學家》等雜誌最近發表了反對和懷疑論者觀點的文章，普林斯頓大學理論科學中心的主任保羅·斯泰恩哈特在著名的《自然》雜誌發表了評論，科瓦奇等科學家的引力波發現被推向了“鑑別真僞”的風口，斯泰恩哈特在文章中指出，持懷疑論的科學家越來越多，開始相信原初引力波發現的科學家現在都推翻了這一發現的真實性。普林斯頓大學的天體物理學家戴維·斯伯格贊同斯泰恩哈特的觀點，他非常懷疑BICEP2科學團隊探測到了所謂宇宙誕生時期的引力波，最早的偏振輻射可能來自極早期宇宙釋放的引力波，也可能來自銀河系塵埃的干擾。很可能是銀河系塵埃產生了偏振輻射。

天文學家在很多的太空區域都接收了偏振輻射信號，已有的觀測數據表明，從銀河系塵埃發射的偏振輻射和在宇宙原初引力波的激發下產生的偏振輻射有一致性的特徵。斯伯格認爲，科學團隊僅使用了一個波段的頻率，沒有將宇宙原初引力波和銀河系塵埃激發的偏振輻射加以區分。歐洲的一支強有力的競爭科學團隊在今後的幾個月將發佈他們的觀測成果，歐洲的科學團隊使用了歐洲航天局的普朗克望遠鏡，功能更強大的望遠鏡對更大區域的天空範圍進行了觀測，而BICEP2科學團隊僅觀測了大約2%的天空區域。普朗克望遠鏡有多個頻率波段的觀測功能。歐洲的普朗克科學團隊很有可能修正BICEP2科學團隊的觀測結果。

斯坦福大學卡福利研究所的天體物理學家菲利普·默屈贊同斯伯格的觀點，他相信普朗克科學團隊有可能揭示一個事實，原初引力波輻射和銀河系塵埃產生的輻射會有所不同，普朗克科學團隊可能支持一種結論，即：哈佛——斯密森尼科學團隊的觀測信號實際上來源於銀河系塵埃的偏振輻射，科學人士將會提出後續的問題，銀河系塵埃是在什麼地方出現的？BICEP2科學團隊的科瓦奇沒有直接回應科學人士的廣泛質疑，這位哈佛大學天文學和物理學的助理教授對各種科學質疑保持了沉默態度，BICEP2科學團隊的成員之一傑米·博克拒絕了在加州理工大學的媒體採訪。今年3月，科學團隊“冒失”地宣佈了原初引力波的發現，雖然用3年時間詳細分析了觀測數據，但他們也許觀測到了銀河系塵埃發出的輻射信號。

（證實科學真理的唯一的方法是實驗和觀測、檢驗、分析、再檢驗、再分析。原初引力波的發現是如此，其它物理現象和本質的發現也是如此，每一次物理現象和原理的發現都引起了不同程度的爭議和質疑，天體物理學領域的發現概莫能外，有些科學家和科學愛好者認爲，宇宙大爆炸理論和廣義相對論得到了證實，有些科學家和科學愛好者則否定和懷疑宇宙大爆炸理論和廣義相對論的科學性，他們認爲光速發生了變化、時空不能產生彎曲、光速不能將時間壓縮爲零、物質質量不能爲一個變數、大質量天體不能被壓縮成一個“奇點”、時空和自然的四種基本力不是通過宇宙大爆炸產生的等。質疑是科學精神的特徵之一，科學探索是一個在質疑和爭議中發現真相和真理的過程，科學家天生是理性的懷疑論者，他們不是因爲相信而證實，而是因爲證實而相信。）

（編譯：2014-6-18）