宇宙诞生的最初瞬间的发现者( 四 ) _发现者

虽然暴胀的概念被提出了30多年，这个神奇得甚至有点离奇而不可想象的过程是否真的发生过，依然是一个谜团。人们找不到太多可以不采用这种假说去解释观测的办法，但也没有找到直接证据让人们确信，在宇宙诞生的极早期，真的存在过这么一段所谓的暴胀时期。我们对宇宙的理解，缺失了这段极其重要的信息。
原初引力波与B模式极化信号
幸运的是，在众多的理论模型中，相当多数预言了在这个暴胀时期，时空的扰动会留下一些蛛丝马迹。根据爱因斯坦100年前天才创造的广义相对论，暴胀的时空扰动会产生特征性很强的引力波。因为这种引力波产生于宇宙诞生之初，人们给它起名叫——原初引力波。

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宇宙暴胀理论认为，在大爆炸后极短的一瞬间，宇宙经历了一场超快速膨胀。这一过程产生的原初引力波会在后来产生的宇宙微波背景辐射中留下可以探测的印迹。图片来源：www.physicsworld.org
这些暴胀理论有一个最基本的假设，那就是我们对量子理论和引力理论的了解有足够的自信。想象一下，爱因斯坦和量子论的先贤们几乎凭空把玩出来的漂亮理论，尽管经历了地球上近百年实验的检验，但要把它们一下子推到整个宇宙诞生的一瞬间，认为在那种极端环境下它们也仍然成立。不得不说，这是一个相当相当大胆的假设。果真如此的话，我不知道爱因斯坦假如还活着会是怎样的心情——他大概会写出更美丽的诗句，赞美宇宙的不可思议。
如果真能探测到如理论预言般的原初引力波，我们就对基础物理学中两个极其重要的理论，提供了关键性的支持。其一是爱因斯坦广义相对论所预言的引力波，而且来自于宇宙创世的瞬间！其二则是暴胀理论，这或许是宇宙演化历史中最不可思议的一瞬。同时人类将拥有一个新的强大的手段，去研究地球上的粒子加速器实验（比如著名的欧洲核子中心耗资百亿欧元的大型强子对撞机）无法企及的能量。由引力波强度决定的暴胀理论所发生的时刻，将是一个前所未知的物理学崭新的领域。
好吧，理论家说有可能存在原初引力波的信号，那么又该如何去观测呢？引力波作为一种扰动形式，会影响微波背景辐射的温度涨落。你可以把它想象成水面上的一个波对另一个波产生干扰，但是由于影响很弱，只有10%左右，不容易跟其他信号区分开来。于是，人们把目光投向了微波背景辐射的所谓偏振信号，也就是极化信号。要想更好地理解光子极化这个概念，在我丢失太多读者之前，请允许我作一个不太恰当的比喻。
想象一下我们分手的时候（不要告诉我你没有分手过，那我会羡慕死你的），你不会在说完最后一句话后，随机向任意方向离开你的前男友（或者前女友）。没错，大多数人都会选择180°转身离开。如果统计足够多的分手事例，你可以画出“分手路径空间分布图” 。你会发现180°离开的人，概率是最大的（我想大概没有人真会无聊到去作这样的统计，不过为什么不呢）。也就是说，空间分布的各向同性被打破了，这就是极化——对方向出现了某种偏好。
还记得我们之前讲到的专门拆散人家质子和电子的那些讨厌的光子吗？一样的道理，它们最后一次跟电子碰撞之后离开的方向，也是有选择性的。当然，这种方向选择性也分成很多种模式。不过人们发现，有一种模式在足够大的空间尺度上，只能通过原初引力波产生！于是，事情听起来就变得很简单了：只要建造最好的望远镜，但凡看到这种特殊模式的信号——B模式极化信号，就能证明原初引力波的存在！