宇宙诞生的最初瞬间的发现者( 二 ) _发现者

见面被安排在第二天，麻省理工学院物理系古斯的办公室。出于保密的原因，穿着低调的科瓦克悄悄地进入物理系侧门，被人带到古斯办公室的后门。如果被人们看到行事低调、不常到麻省理工学院的科瓦克专程来找古斯，聪明的圈内人几乎都能猜到原因——他不希望泄露任何蛛丝马迹。科瓦克掏出他们准备发表的几近完成论文的样稿，古斯当时就惊呆了。
是的，这跟他当初想象的完全不一样，这不是一个3个sigma的信号，而是超过5个sigma——这意味着，统计上出错的概率只有大约千万分之一。按照传统的物理学发现的统计标准，“这就是一个发现，一个大发现！”阿兰激动万分，很长时间后才稍稍平静下来，开始询问科瓦克研究的细节。然后，他们开始商量如何把这个惊天的大发现公诸于世。
这就是后来科瓦克在新闻发布会上公布的结果：他们探测到了来自宇宙极早期暴胀过程产生的、宇宙微波背景辐射特殊的B模式极化信号。这个信号名字有点长，我们不妨简单称之为“B模式” 。这是宇宙早期引力波存在的直接证据，是暴胀理论的关键性预言，其意义与发现宇宙加速膨胀一样具有里程碑式的意义！

文章插图
3月17日，美国哈佛－史密松天体物理中心召开新闻发布会，约翰·科瓦克（右1）宣布，他们探测到了来自宇宙极早期暴胀过程产生的、宇宙微波背景辐射特殊的B模式极化信号。图中科学家从右向左，依次为约翰·科瓦克、郭兆林（Chao-Lin Kuo）、杰米·博克（Jamie Bock）和克莱姆·派克（Clem Pryke）。图片来源：哈佛－史密松天体物理中心
那么，这个B模式信号到底是什么呢？让我们从宇宙微波背景辐射和宇宙暴胀理论谈起。
宇宙微波背景辐射
让我们想象自己是两千年前的哲学家，开始思考并询问自己这样的问题：我们存在的世界是如何起源的？我们从何处来？又向何处去？关于后者的回答，我想大概会贯穿人类未来文明的发展，而对于前者的追溯，考古学式的研究模式让我们总有机会对宇宙过去发生的事情说点什么——尤其是宇宙诞生之初，那实实在在的一瞬。
今天我们对宇宙最基本的认识就是，宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。看过《生活大爆炸》片头的人都知道：我们整个宇宙诞生之初温度密度极高，随着不断地膨胀，宇宙慢慢地冷却。
在最初的大约38万年中，宇宙的平均温度在几万度以上，宇宙的主要组分——质子和电子，一直处于游离状态，没有形成氢原子。因为它们一旦结合成氢原子，马上就会被周围处在“热汤”中的高能光子打散。这样专门拆散别人结合的光子有很多，多到每一对质子电子周围就有几十亿个光子等着要拆散他们。所以很不幸，在漫长的数十万年中，质子和无数电子相见，却一直不能相聚。
然而，情况在宇宙年龄到了38万年的时候发生了本质性的改变。此时，宇宙的平均温度已经降到足够低，几十亿个光子中拥有足够能量去拆散一对质子电子的数目已经所剩无几。同时，随着宇宙密度的下降，光子能够撞到电子的概率也变得微乎其微。这些为数众多的光子突然变成了无关紧要的背景，此后几乎不再被宇宙中发生的任何事情所影响。
【宇宙诞生的最初瞬间的发现者】这些光子在宇宙中孤独穿行，携带着宇宙创生之初的关键信息——就像给大爆炸后38万年的宇宙拍了一张快照。随着宇宙的膨胀，它们的能量越来越低。直至今天，等效的辐射温度降到大约零下270℃ ，正好对应于我们熟知的微波波段。这些光子，被人们称为宇宙微波背景辐射。