《自然》杂志采用问答方式呈现有关引力波的基本背景知识

科学家们利用一架设在南极、名为“BICEP2”的望远镜探测到了引力波迹象。

（蜘蛛网）据新浪科技（晨风）：天文学家们宣布探测到了原初引力波，这是138亿年前创造宇宙的大爆炸中产生的痕迹。这项发现被认为是一项科学界的重要里程碑，但其中牵涉到许多不为公众所熟悉的概念。《自然》杂志对此给出了通俗易懂的解读，以下便是一份采用问答方式呈现的有关引力波的基本背景知识。

问：请问此番BICEP2望远镜(BICEP即“宇宙泛星系偏震背景成像”的英文缩写)的发现，其重要性在哪里？

答：科学界们还将花费数年时间才能阐明此项发现的重要意义。但一些主要的方面已经清晰：

100年前，爱因斯坦在其理论中预言了引力波的存在，但他同时也指出这种现象将极其微弱，因此他认为人类将永远也无法实际探测到它。而BICEP2的发现是最有力的证据，一种直接证据，证明引力波的确存在。

引力波的发现奠定了标准宇宙学一项关键理论的坚实基础，这就是暴涨理论。该理论指出宇宙在诞生之初曾经经历了短暂的剧烈膨胀。

在暴涨阶段，宇宙的温度——也即其中粒子所含的能量，超过目前世界上任何实验室所能达到最高值的数万亿倍，甚至也超过了大型粒子加速器，如设在瑞士日内瓦附近的大型强子对撞机(LHC)中的粒子能量。

由于暴涨是一种量子现象，而引力波是经典物理学的一部分，因此这一现象构建起了联系这两大领域的一座桥梁，也将成为首个证明引力也和其他自然力一样具有量子本质的证据。

问：引力波究竟是什么？

答：引力——根据爱因斯坦的广义相对论，是质量对空间的扭曲——在大质量物体附近，空间将出现扭曲。但这种扭曲并不会一直停留在大质量物体近旁。尤其，爱因斯坦意识到这种扭曲将可以在宇宙中传递，就像是地震波在地壳中传播一样。但和地震波不同，引力波可以在空旷的宇宙中传播，并且其传播的速度是光速。

如果你能迎面观察一道引力波，你会发现它轮流导致空间的拉伸和压缩，从上下或左右的方向上出现扭曲。

问：暴涨是否是产生引力波的唯一途径？

答：不是。任何具有质量的物体，或是剧烈的加速过程都会产生引力波。但现实是，只有那些灾难性事件，如两个黑洞相撞或合并这样的剧烈事件所产生的引力波才可能被我们探测到。全世界目前有数个天文台正致力于搜寻这种遥远宇宙深处黑洞合并的信号。

问：为何我们不能直接探测引力波，而只能通过射电望远镜来进行检测？

答：暴涨产生的引力波仍然在宇宙中回荡。但它们太过微弱，以至难以直接探测。因此，科学家们另辟蹊径，由于宇宙自其诞生后大约38万年以来便充满辐射，因此他们试图从这些原始的粒子海洋中搜寻引力波留下的痕迹。这种粒子背景被称作“宇宙微波背景辐射”(CMB)。对CMB的探测需要通过射电望远镜进行，因此也就只能借助射电望远镜来从这个背景中搜寻引力波产生的微弱“涟漪”了。

问：为何这项研究是在南极进行的？

答：BICEP2设备建在南极的阿蒙森-斯科特考察站。这里是南极冰盖之上，海拔超过2800米。因此这里的大气很稀薄。同样，这里的空气也很干燥，这些都是很有利的条件，因为水汽会阻挡微波的传播。另外南极洲几乎无人居住，因此来自手机通讯，电视机以及其他电子设备的干扰相对要小得多。