提問(wèn):美國(guó)科學(xué)家在宣布引力波重大發(fā)現(xiàn)的時(shí)候,提到——”這將是宇宙學(xué)史上重要的時(shí)刻,因?yàn)槠浔澈箅[藏著宇宙大爆炸之謎,與宇宙開(kāi)端有關(guān)。請(qǐng)問(wèn),原初引力波的發(fā)現(xiàn)在科學(xué)上有多大的意義? 施郁:是的,如果發(fā)現(xiàn)了原初引力波,將會(huì)極大地加深我們對(duì)于宇宙起源的認(rèn)識(shí)。原初引力波是暴漲模型的一個(gè)預(yù)言。暴漲模型是說(shuō),宇宙在誕生后的10^-36秒到10^-33秒經(jīng)歷過(guò)一次指數(shù)級(jí)的迅速膨脹。古斯提出暴漲模型是為了解決當(dāng)時(shí)宇宙學(xué)中的一些問(wèn)題,比如為什么各向同性,為什么宇宙是平坦的,為什么磁單極子找不到。在蘇聯(lián),Starobinsky也提出類(lèi)似的理論。根據(jù)宇宙暴漲模型,量子漲落被放大為宇宙大尺度結(jié)構(gòu)形成的種子。 不過(guò)雖然可以用來(lái)解決這些難題,暴漲模型還是缺少直接的證明。根據(jù)暴漲模型,暴漲改變了宇宙微波背景輻射的偏振(偏振是指電場(chǎng)的振動(dòng)方向)。如果觀測(cè)到,就是對(duì)暴漲模型的支持。 宇宙大爆炸時(shí)的光隨著宇宙膨脹,現(xiàn)在處于微波波段,而原初引力波是的這些光具有一種叫做B模的偏振模式。 所謂B模是指偏振像磁場(chǎng)那樣旋轉(zhuǎn)。電磁場(chǎng)的麥克斯韋方程告訴我們,在靜電學(xué)和靜磁學(xué)中,磁場(chǎng)(B)是旋轉(zhuǎn)的,而電場(chǎng)(E)是不旋轉(zhuǎn)的。通常的微波背景輻射處于E模。 2014年3月,BICEP2團(tuán)隊(duì)(BICEP代表Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization,宇宙星系際偏振的背景成像)曾經(jīng)宣布光測(cè)到了作為原初引力波的效應(yīng)的宇宙微波背景輻射中的B模 ,但是3個(gè)月后降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可信度,9月份普朗克衛(wèi)星的結(jié)果表明BICEP2的結(jié)果來(lái)自與宇宙塵埃。 所以,探測(cè)原初引力波還沒(méi)有成功,同志仍需努力。 作者:施郁(復(fù)旦大學(xué)物理系教授) |
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