引力波搜寻再添大手笔

西蒙斯天文台照片来源:普林斯顿大学

万物的起源是什么？宇宙的起源可能是最伟大的科学秘密之一，但令人惊讶的是，研究人员已经掌握了确凿的证据来试图解决这个难题。宇宙微波背景辐射(CMB)遍布宇宙的各个角落，是现存最古老的光。它在137亿年前被释放出来，当时炽热、稠密的原始宇宙第一次冷却到光子可以*“旅行”的程度。

大爆炸后大约380，000年，这些光一直穿梭在宇宙中。尽管它非常古老，但它可能仍然保留着更早发生的“故事”，尤其是引力波的印记。在相对论中，爱因斯坦称之为类似电磁波的引力波，它是时空曲率的扰动以行波的形式向外传播。

为了找到这些波，科学家们建立了西蒙斯天文台。这个耗资4000万美元的望远镜项目位于智利北部的阿塔卡马沙漠，由总部设在美国纽约的非营利组织西蒙斯基金会资助。

“我们不知道引力波会出现多高，但我们有一个最低水平。如果太小，就无法测量。”宾夕法尼亚大学的宇宙学家兼西蒙斯天文台的发言人马克·德夫林说，“目前的任何实验都无法完成，西蒙斯基金会将推动我们实现飞跃。”

这些原始引力波与LIGO发现的不同。宇宙膨胀理论预言了这些波的存在。该理论认为宇宙形成后急剧膨胀。这种膨胀会在空间和时间上产生重力涟漪。这些微弱的微波信号是由大爆炸后产生的“原始”引力波发射的，并以“B模式”打印在宇宙微波广播上。2014年，南极观测站BICEP2小组宣布发现该模型。然而，相关分析后来被证明是错误的:这个信号是太阳系中星际尘埃粒子形成的产物。

“我认为我们有一个很好的方法来发现宇宙的膨胀是否真的发生了。”西蒙斯基金会的创始人吉姆·西蒙斯说。

但是b模式的发现并不能说服所有人。对这一理论的怀疑正在增加。他们认为原始引力波到目前为止还没有被发现，并且已经排除了许多最合理的宇宙膨胀理论。“我们看不到它，这极其重要。如果我们继续忽视它，我认为这将是一个重要的心理影响，让人们想知道他们是否有更好的想法。”普林斯顿大学物理学家保罗·斯坦哈特说。斯坦哈特是宇宙膨胀理论的创始人之一，但现在他不再支持这一理论。

然而，许多天体物理学家仍然支持膨胀理论，因为它可以解释当前宇宙的许多特征，比如宇宙看起来是平的，在所有方向上大致相同。“通货膨胀理论是我们目前最好的理论。对我来说，这是获得更好数据的动力。我们可能会发现一些异常现象来指导更深刻的理论。”普林斯顿大学理论物理学家、西蒙斯天文台执行委员会成员David Spergel说。

关于西蒙斯基金会的捐赠，斯坦哈特没有参与这个项目，他说，“我认为这是对这个领域的非常慷慨的捐赠。不管结果如何，它都有历史价值。这也将是一项出色而微妙的工作，需要认真对待。”

据报道，西蒙斯天文台将配备约50，000个聚光探测器。该项目将为未来更大的“中巴第四阶段”奠定基础。德夫林预测，后者计划建造一个由大约50万个探测器组成的无线电碟形天线。

美国能源部高能物理系将资助“CMB第四阶段”，国家科学基金会和其他国际机构也可能参与其中。"到那时，私人慈善机构和*部门之间的类似合作将会继续下去."西蒙斯说。

除了西蒙斯基金会，西蒙斯天文台还得到了普林斯顿大学、加州大学圣地亚哥分校和伯克利分校、宾夕法尼亚大学和劳伦斯伯克利国家实验室的支持。

1916年，在系统阐述了他的广义相对论之后，阿尔伯特·爱因斯坦思考了当一个天体晃动时会发生什么。广义相对论认为引力是围绕一个巨大天体的时空扭曲。相对论发表后的第二年，他指出了这个问题的答案，认为时空会产生涟漪，形成“引力波”，并以光速向外传播，以天体为核心。他和其他物理学家立即开始争论:预测的引力波是否存在，或者它是否仅仅是由新的数学推理的结果引起的一种人为现象。爱因斯坦自己也几次改变了他的立场。

1969年，马里兰大学的物理学家约瑟夫·韦伯宣布，他已经用自己发明的探测器发现了引力波。当探测器被引力波击中时，会产生“振铃效应”。然而，他的研究结果没有被复制，并且遭到了几乎所有物理学家的反对。

2016年2月11日，LIGO科学家宣布首次直接观测到引力波。科学家说，他们检测到了黑洞合并产生的非常短的引力波信号——后来命名为GW150914，持续时间不到1秒。经过13亿年的漫长旅程，它于当天抵达地球，并被两个刚刚升级的LIGO探测器连续捕获，时差为7毫秒。(张张)

中国科学新闻(2016-05-26第三版国际版)

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