现代宇宙学的主流理论认为，宇宙在诞生的极早期经历过一个极为短暂但异常迅猛的膨胀阶段——宇宙暴胀，宇宙的尺度在万亿分之一秒的时间内放大了亿亿亿倍。这个剧烈的过程不但埋下了后来星系、星系团等宇宙结构形成的“种子”，还激起了时空的涟漪——即原初引力波。
引力波是时空的波动。2015年，激光干涉引力波天文台（LIGO）合作组宣布首个引力波的探测事例，这一划时代的发现摘得了诺贝尔物理学奖的桂冠，开启了人类引力波天文学的新纪元。目前已积累的几十起引力波探测事例均源自大质量天体，如黑洞、中子星的并合过程。原初引力波与之截然不同，它产生于138亿年前时空的量子涨落，被称为“宇宙婴儿时期的第一声啼哭”。至今，这些微弱的涟漪仍在宇宙间回荡。
原初引力波承载着宇宙诞生的核心秘密。现代宇宙学对极早期宇宙提出了多种可能的图景，例如：暴胀宇宙——宇宙在诞生后极短时间内经历了一次指数级的超快膨胀；反弹宇宙——宇宙在经历一次收缩后反弹；循环宇宙——宇宙在膨胀和收缩之间周而复始的循环等。不同的理论模型对原初引力波的产生机制和强度也做出了不同的预言，因此，探测出原初引力波的存在与否、测量出原初引力波的强度，就如同获得了解开宇宙诞生奥秘的钥匙。此外，原初引力波是时空量子涨落被暴胀放大到可观尺度的直接证据。探测到它，将是人类首次探测到引力的量子效应，为证实引力子的存在提供有力的证据，关乎时空的本质。
原初引力波经过138亿年的漫长时光已经变得极其微弱。幸运的是，人们可以通过宇宙大爆炸的余晖，即宇宙微波背景辐射（CMB），来寻找原初引力波的蛛丝马迹——原初B模式偏振。这种大尺度的、旋涡状的偏振图案，就像是原初引力波在CMB这张“底片”上留下的“指纹”，是其存在的最直接证据之一。LIGO等激光干涉仪探测引力波，如同架设了一台“时空录像机”，实时录制了引力波引起的臂长变化；而CMB偏振望远镜探测原初引力波，则更像是拍摄一张来自宇宙早期的“化石照片”。
探测原初引力波对台址环境要求十分苛刻，大气层中的水汽会严重干扰对这种微弱偏振信号的精密测量，一般认为，观测季可沉降水汽含量中位数低于2毫米的地方，是较为理想的台址。纵观全球，只有南极极点、智利阿塔卡马沙漠、格陵兰岛和中国西藏阿里地区满足这样的条件。在冬季，阿里台址气温将降至零下30摄氏度，可沉降水汽含量中位数在观测季可达1毫米以下。
2025年4月，在海拔5250米的西藏阿里高原，我国的阿里原初引力波探测实验（AliCPT）成功实现“首光”观测。现已部署的阿里原初引力波探测实验一期（AliCPT—1），在国际同类望远镜中有效口径最大，可搭载探测器数量最多。目前，AliCPT—1已转入科学观测阶段，它将在未来几年持续扫描，在CMB的偏振信号中搜寻原初B模式的独特印记。原初引力波的探索将为我们揭示宇宙最原初的样貌，让我们得以“聆听”来自138亿年前的回响。
（作者为中国科学院高能物理研究所研究员、阿里原初引力波探测实验首席科学家）
浏览量：
730 
大字号
京公网安备11010802046001号 信息网络传播视听节目许可证：0110537号
