專訪發現引力波第一作者：宇宙暴漲直接證據 _南極

本次研究的第一作者：哈佛大學的約翰·科瓦克博士在南極
（）據新浪科技（晨風）：哈佛大學的約翰·科瓦克博士向世界宣布他和他的射電天文學團隊發現了來自大爆炸的引力波證據。他們是根據對宇宙微波背景輻射(CMB)的研究得到這一結果的， CMB常常被天文學家們稱作是“大爆炸的余暉” 。他們的研究工作使用的是BICEP2，這是一臺架設在南極的實驗性望遠鏡設備。研究組對宇宙微波背景輻射的偏振信號開展研究，就像是光線中存在的偏振現象一樣。
結果他們得到一張偏振地圖，它的樣子讓人感覺就像是在磁場中灑在一個平面上的鐵粉，擁有一種獨特的，略呈渦旋狀，或卷曲狀的形態，這種現象被稱作“B模” 。這是宇宙在暴漲過程中產生的引力波擴散的證據。而所謂暴漲是指宇宙在大爆炸之后經歷的一段短暫的極速膨脹時期。如果這項發現被證實，那么它將讓我們現有的宇宙學理論建立在一個堅實的基礎之上。而對于擠出物理學的研究也將具有重要意義。
科瓦克是一名任職于哈佛大學-史密松天體物理中心的射電天文學家。以下他回答了一些《自然》雜志提出的問題：
問：在BICEP2有關宇宙微波背景輻射的數據中我們看到了什么？
答：我們最看重的結果是我們探測到的結果對于暴漲模型的意義究竟是什么。我們看到的是原初引力波的直接圖像，它讓光線呈現一種獨特的偏振模式。宇宙微波背景輻射是宇宙在大爆炸之后38萬年時留下的痕跡，當時輻射首次得以自由穿過空間，而引力波則是在宇宙大爆炸之后一瞬間便出現，并被疊加在了CMB的信號之中。
問：那么這項發現還有哪些其他的重要方面？
宇宙學領域的任何人都知道，但并不都是人人贊同的一點是，要想對暴漲過程的B模形態進行預測，不僅取決于引力波現象，還有引力本身的偏振性。暴漲假設一切物質都源于量子振蕩，隨后在暴漲的過程中被放大。因此從深層來說，這項發現的基礎就在于量子力學以及引力理論必須是正確的。
問：這一次在BICEP2的數據中觀察到的B模偏振性要比普朗克空間望遠鏡得到的結果高出幾乎兩倍，這一點是否有什么問題？
答：普朗克的數據來自一張CMB的溫度分布圖，而不是直接進行的偏振性測量。我們在進行分析時一直萬分小心謹慎，但我必須承認我們的數據相比普朗克的數據顯示出的高信噪比讓我們在過去的三年時間里一直在試圖找出所有可能導致誤差的系統性解釋。我們已經做了最充分的系統分析，那是我到目前為止做過最詳盡的這類分析工作。
問：你是在何時意識到自己可能已經找到了人們長期夢寐以求的“暴漲理論的直接證據”？
答：去年秋天，當我們首次將BICEP2的信號與BICEP1的信號進行比對的時候。那是非常有力的證據，因為 BICEP1采用了非常不同的探測器，使用了老得多的技術。我們使用兩種完全不同的儀器，采用完全不同的技術，但卻檢測到同樣的信號，這就讓懷疑的空間大大減小了。當時我們組內的最后一點質疑也終于被打消了。
12月初的時候我正在南極，我們在那里召開了緊張的會議，我在會上展示了我們的數據已經通過的檢驗，并列出了還需要通過哪些檢驗，并決定一旦那些檢驗也全部通過，我們就要發表我們的論文。
問：當時你們慶祝了嗎？或者在那之后的什么時候你們慶祝了嗎？
答：我在團隊中的作用就是要在任何時候保持冷靜。我想我們真正慶祝的時刻應該是在我們發表最終結果并將其介紹給科學界的時候。
問：你當初是如何對宇宙微波背景輻射的問題產生興趣的？
【專訪發現引力波第一作者：宇宙暴漲直接證據】還是在高中時代吧，我讀了史蒂芬·溫伯格(Steven Weinberg)關于宇宙學的書《最初三分鐘》，非常精彩。我立刻被它吸引了，我還記得里面讀到的一些內容：
“現在，我們迎來一個完全不一樣的天文學，這是一個即便在10年之前都不可能被講述的故事。我們所研究的將不再是與銀河系或多或少相似的星系在數億年前發出的光，而是幾乎來自宇宙誕生之時留下，到處彌漫的射電背景。”
這一段話是溫伯格在介紹宇宙微波背景輻射的發現以及它的意義，當時對于宇宙學來說這些內容還非常新鮮。我那時還是一個孩子，我覺得這是所有的科學中最酷的一種——因為再也沒有比這更大的問題了。
我之所以選擇到普林斯頓念大學，有一部分原因是我在那本書里看到它提過這個大學。在CMB研究領域的幾位大人物，吉姆·皮泊斯(Jim Peebles) ，羅伯特·迪克(Robert Dicke)以及大衛·威爾金森(David Wilkinson)等都在這所學校。而極其幸運的是，我竟然有幸被選中在威爾金森的門下學習。威爾金森帶我走進了CMB實驗室，當時他們正計劃在南極建造一臺CMB望遠鏡。我完全被迷住了，實際上我當時甚至花費了整整一年時間跑到學校外面，想靠自己的能力去南極。當時大概是1990年或1991年，就在COBE衛星首次發現CMB中的震蕩起伏現象之前沒多久。我們設在南極的望遠鏡觀測到了同樣的現象，但比他們晚了一年左右。自那之后我就一直在從事這項工作，我去了南極23次，很幸運自己能在CMB研究領域的最前沿工作。
問：在你的書架上你放了一張加州理工學院已故的天體物理學家安德魯·朗吉(Andrew Lange)的照片。他在2010年由于抑郁癥自殺身亡。在他生前曾經指導過很多后來從事CMB實驗工作的學生。他在你的事業過程中起到了什么樣的作用？
答：在我來哈佛大學之前，我曾經在加州理工安德魯的實驗室做博士后研究工作，之后又升為高級研究員。安德魯是我的良師益友。他將重大的責任賦予我，鼓勵我參與BICEP1 望遠鏡的安裝與操作，并引領我擔任下一代項目，即BICEP2的首席科學家以及第一作者的角色。
安德魯喜歡把搜尋B模偏振描述為“宇宙中最大的徒勞無益之事” 。我想他一定會很高興看到我們今天的這項研究成果，并證明那并非徒勞！
我也是芝加哥大學天文學家約翰·卡爾斯特姆(John Carlstrom)的研究生。盡管現在約翰是我的競爭者，但他同時也是我最親密的朋友之一。我有兩位偉大的導師。
問：你的兒子多大了？他對于你的研究工作怎么看？
答：我兒子9歲了。他對此感到很興奮。我對他能理解那么多，甚至向我妻子解釋這些內容感到驚訝。等他再大一些，如果他愿意的話，他也可以跟我一起到南極去。