西蒙斯觀測(cè)臺(tái) 圖片來源：普林斯頓大學(xué)
萬物起源是什么？宇宙的起源可能是最大的科學(xué)秘密之一，但令人驚訝的是，研究人員已經(jīng)掌握了確鑿證據(jù)試圖解開這個(gè)謎題。彌漫在太空各個(gè)角落的宇宙微波背景輻射(CMB)是現(xiàn)存的最古老的光。它被釋放自137億年前，當(dāng)時(shí)炙熱濃密的初生宇宙冷卻到光子首次能自由“旅行”。
宇宙大爆炸約38萬年后到現(xiàn)在，這些光線一直在宇宙中穿梭。盡管已經(jīng)非常古老，但可能仍保留著甚至更早之前發(fā)生的“故事”，尤其是可能有引力波的印記。在相對(duì)論中，愛因斯坦將一種跟電磁波一樣的波動(dòng)稱為引力波，是時(shí)空曲率的擾動(dòng)以行進(jìn)波的形式向外傳遞。
為了尋找這些波，科學(xué)家啟動(dòng)了西蒙斯觀測(cè)臺(tái)。這一耗資4000萬美元的望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目，位于智利北部阿塔卡馬沙漠，由總部位于美國紐約的非營利組織西蒙斯基金會(huì)資助。
“我們不知道引力波出現(xiàn)的水平將會(huì)有多高，但我們有一個(gè) 水平，如果它過小，將無法測(cè)量到。”賓夕法尼亞大學(xué)宇宙學(xué)家、西蒙斯觀測(cè)臺(tái)發(fā)言人Mark Devlin說，“當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)都無法做到，而西蒙斯基金會(huì)將推動(dòng)我們?nèi)〉靡淮物w躍。”
這些原始的引力波與激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)之前發(fā)現(xiàn)的并不同。宇宙膨脹論預(yù)言了這些波的存在。該理論認(rèn)為宇宙在形成后出現(xiàn)了戲劇性膨脹。這種膨脹在時(shí)空間產(chǎn)生了引力波紋。這些由宇宙大爆炸后產(chǎn)生的“原初”引力波發(fā)出的微弱微波信號(hào)以“B模式”被印刻在CMB上。2014年，南極天文臺(tái)BICEP2合作團(tuán)隊(duì)曾宣稱發(fā)現(xiàn)了該模式。但相關(guān)分析隨后被證明是錯(cuò)誤的：該信號(hào)是太陽系星際塵埃粒子形成的產(chǎn)物。
“我認(rèn)為我們有好方法弄清宇宙膨脹是否真的發(fā)生了。”西蒙斯基金會(huì)創(chuàng)始人Jim Simons說。
但B模式的發(fā)現(xiàn)可能不會(huì)讓所有人信服。該理論的懷疑者不斷增多，他們認(rèn)為原始引力波至今未見，已經(jīng)排除了宇宙膨脹論的許多貌似最可信的版本。“我們看不到它，這點(diǎn)已經(jīng)極為重要。如果我們繼續(xù)看不見，我認(rèn)為這將是一個(gè)重要的心理影響，使得人們想要看看是否有更好的想法。”普林斯頓大學(xué)物理學(xué)家Paul Steinhardt說。Steinhardt是宇宙膨脹論的創(chuàng)始人之一，但現(xiàn)在已經(jīng)不再支持該理論。
不過，仍有許多天體物理學(xué)家支持膨脹理論，因?yàn)檫@能解釋目前宇宙的許多特征，例如宇宙似乎是平的和各個(gè)方向大致相同。“膨脹論是我們當(dāng)下最好的理論。對(duì)我而言，這是促使我獲得更好數(shù)據(jù)的動(dòng)機(jī)。我們可能會(huì)找到一些反常情況，為一個(gè)更深?yuàn)W的理論指引道路。”西蒙斯觀測(cè)臺(tái)執(zhí)行委員會(huì)成員、普林斯頓大學(xué)理論物理學(xué)家David Spergel說。
對(duì)于西蒙斯基金會(huì)的捐款，未參與該項(xiàng)目的Steinhardt表示，“我認(rèn)為這是一個(gè)對(duì)該領(lǐng)域非�？犊木柚�，無論結(jié)果如何，它都將有歷史價(jià)值。這也將是一項(xiàng)極好的精細(xì)工作，需要非常認(rèn)真。”
據(jù)悉，西蒙斯觀測(cè)臺(tái)將裝配約5萬臺(tái)光聚集探測(cè)器。該項(xiàng)目將為未來規(guī)模更大的“CMB 階段四”打下基礎(chǔ)。Devlin預(yù)計(jì)，后者計(jì)劃建造一個(gè)約由50萬臺(tái)探測(cè)器組成的射電碟形天線。
美國能源部高能物理學(xué)部門將資助“CMB 階段四”，國家科學(xué)基金會(huì)和其他國際機(jī)構(gòu)也可能參與其中。“屆時(shí)，私有慈善機(jī)構(gòu)和政府部門間的類似合作將繼續(xù)。”Simons說。
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