生命到底是不是從宇宙爆炸開始產生的？

07-05

喜歡偵探小說的讀者都知道，偵探小說的寫法千變萬化，有—點是不變的，那就是當偵探們趕到現場時，罪案早已發生過了。研究宇宙起源的科學家們的處境跟偵探們相似，他們趕到現場的時間也晚了，而且晚得很厲害——晚了約138億年。

因此，留給他們的課題也跟偵探們相似，那就是依據現場殘留的線索來複原「罪案」的過程。

1929年美國天文學家哈勃發現了一條重大線索：附近的星系大都在離我們而去，而且距離越遠離開得越快。這條線索支持了科學家們此前就注意過的一種可能性：宇宙在膨脹。

如果宇宙在膨脹，那麼越往遠古回溯，宇宙就越小，甚至有可能存在某個時刻，能被追認為是宇宙的誕生。在那個時刻，一場大爆炸締造了宇宙，我們則全都是它飛散的「碎片」。1964年，美國天文學家彭齊亞斯（Arno Penzias）和威爾遜（Robert Wilson）發現的另一條重要線索有力地支持了這種可能性。那就是所謂的「宇宙微波背景輻射」，它的溫度約為3K（即約為-270℃），被認為是「大爆炸」的餘溫。宇宙微波背景輻射不僅確立了被稱為「大爆炸」的宇宙起源理論的主流地位，而且成為了後續探索的重要領域。

不過，大爆炸理論雖取得了主流地位卻也面臨一些棘手的困難，比如某些理論計算預期，宇宙中應充斥著所謂的「磁單極」——一種從未被發現過的粒子。為了解決那些困難，20世紀70年代末80年代初，美國物理學家古斯（Alan Guth）等人提出並發展了一個假設，那就是在大爆炸初期的一個極短的時間內，宇宙經歷過一個被稱為「暴脹」的近乎指數形式的膨脹階段，這種暴脹不僅可以「稀釋」掉磁單極，而且也能解決其他幾個困難。

20世紀末21世紀初，宇宙背景探測器和威爾金森微波各向異性探測器等太空探測器在宇宙微波背景輻射的溫度分布中發現了進一步的線索，對包括暴脹理論在內的大爆炸理論提供了支持，並且以空前的精度確定了許多宇宙學參數的數值。

但是一些其他理論——比如其他引力理論——也在試圖解釋這些線索。

那些理論的命運會如何呢？科學家們2014年3月發布的一條來自襁褓宇宙的新線索有可能對之作出某種程度的判決。與以前的線索相比，這條新線索與暴脹理論有著更密切的關聯，它直接起源於暴脹階段產生的所謂「原初引力波」。原初引力波雖出現在138億年前，但它能影響宇宙微波背景輻射的光子偏振，產生出一種被稱為B模的分布模式，從而在今天依然有可能被間接觀測到。為了觀測這種B模，科學家們於2006年在南極點附近建立了專門的觀測站——BICEP。自2010年起，該觀測站啟用了第二代設備——稱為BICEP2。之所以要把觀測站建在南極點附近，是因為那裡的天氣較為穩定——尤其是在漫長的「極夜」期間，並且因寒冷而乾燥，降低了大氣中水汽對觀測的干擾。在那樣的條件下，經過三年的數據積累，外加對許多其他因素的細心排除，科學家們終於得到了這條新線索。

在南極的冰原上仰望蒼穹，居然能窺視到襁褓時期的宇宙，這是何等地動人心魄？

這條新線索的重要性體現在多個方面：首先，它不僅是對已存在間接證據的暴脹理論和引力波的再次支持，而且從某種意義上講，還是量子引力的第一個間接證據——因為原初引力波的產生是一種量子引力效應；其次，它為科學家們提供了一個窺視最早期宇宙（最初一億億億億分之一秒以內）及最高能物理（比目前最大的粒子加速器所能達到的能量還高一萬億倍以上）的重要手段；最後但並非最不重要的，是它有助於排除某些理論，其中包括暴脹理論的某些變種——因為這種B模在很多理論中是不存在或比觀測到的小得多的。這方面的一個有趣的例子是，英國物理學家霍金表示，這條新線索的發布意味著他贏得了跟同事的一個賭局，因為那位同事所主張的就是―個不存在B模的理論。

不過那位同事並未即刻認輸，理由是有能力觀測B模的歐洲太空署的普朗克衛星曾於去年發布過數據，依據那些數據的估算卻未曾得到幅度相似的B模。這—理由提醒人們注意一個容易因興奮而忽視的環節：複核。科學研究離不開複核，事實上，就連最能從這條新線索中「受益」的古斯也表示「在未得到不止一組確認之前，沒有任何實驗能被太認真地看待」。普朗克衛星的數據為什麼沒有得到幅度相似的B模？是歐洲人「大意失荊州」，還是別有原因？將由複核來確定。複核的途徑是多種多樣的，除檢驗已有的數據外，普朗克衛星預計將在幾個月內發布新數據；第三代的BICEP正在建設之中；其他一些研究組也在進行類似的觀測……他們能否證實這條新線索，是一個令人期待的懸念。

來源：清華文泉講堂