宇宙暴脹的第一個直接證據

First direct evidence of cosmic inflation (Update)
http://phys.org/news/2014-03-evidence-universe-early-growth-spurt.html

Mar. 18, 2014

(Phys.org) -- 大約在 140 億年前，我們所居住的宇宙在一宗極端的、使大霹靂（Big Bang）開始事件中爆發出現。在起先短暫的幾分之一秒內，宇宙如指數般擴張，延展到我們最好的望遠鏡所能看到的視野之外。當然，這些全都只是理論。

來自 BICEP2 合作計畫的研究者今日宣佈，他們掌握到這種宇宙暴脹的第一個直接證據。他們的資料亦代表「重力波（gravitational waves，即時空中的漣漪）」的第一張影像。這些重力波已被描述成「大霹靂的第一次震顫（first tremors of the Big Bang）」。最後，這資料證實量子力學與廣義相對論之間深刻的連結。

"偵測到這種訊號是今日宇宙學中最重要的目標之一。許多人所完成的許多研究導致這一點，" John Kovac 表示（哈佛--史密森天體物理學中心），BICEP2 合作計畫的領導者。

這些突破性的結果來自於 BICEP2 宇宙微波背景（CMB，大霹靂殘留下來的微光）射望遠鏡的觀測。這種餘暉中的微小波動提供了早期宇宙狀況的線索。例如，整個天空中溫度的微小差異顯現出宇宙的哪些部份較為稠密，最後終於凝聚成為星系與星系團。

由於宇宙微波背景是光的一種形態，它展現出光的所有特性，包括偏振（polarization）。在地球上，日光被大氣層散射而變得偏振化，這也是為何偏振化的太陽眼鏡有助減少眩光（glare）。在太空中，宇宙微波背景則被原子與電子散射，而且也變得偏振化。

"我們的團隊追獵一種特殊的偏振化類型，稱為「B-modes／B 模式」，" 那代表遠古光線偏振方向（polarized orientations）中的扭轉（twisting）或「捲曲（curl）」模式，" 共同領導者 Jamie Bock（加州理工／JPL） 表示。

重力波傳播時會擠壓空間，而這種擠壓在宇宙微波背景中產生明確的樣式（pattern）。重力波有旋向性（handedness，手型性），十分類似光波，且能有左手的（left-handed）與右手的（right-handed）偏振。

"由於重力波的旋向性，這種漩渦狀的 B-mode 圖樣是其獨有的特徵。這是整個原初（primordial）天空的第一張重力波直接影像，" 共同領導者郭兆林（Chao-Lin Kuo）（史丹佛大學／SLAC） 表示。

這個團隊在大約 1 到 5 度天空跨度（sky spanning）的空間性尺度下進行檢查（滿月的二到十倍寬）。為了辦到這件事，他們遠赴南極，以利用那邊乾、冷、穩定的天氣。"南極是你最靠近太空，卻仍在地面上的地方，" Kovac 說。"那是地球上最乾燥與最乾淨的地點之一，最適合觀測來自大霹靂的黯淡微波。"

他們對於偵測到的 B-mode 偏振訊號，其強度比許多宇宙學家所預期的還要更強，感到十分驚訝。該團隊花超過三年的時間分析他們的資料以排除任何可能的錯誤。他們也考慮到，我們銀河系中的塵埃是否會產生這些觀測到的圖樣，但資料指出，這情況高度不可能。

"這有點像是原本打算在乾草堆中尋找一根針，但我們卻找到了一根鐵撬，" 共同領導者 Clem Pryke（Minnesota 大學） 表示。

當被要求對此發現所產生的影響進行評論時，哈佛的理論學者 Avi Loeb 表示，"這項研究對於我們某些最最基本的問題提供了新洞見：我們為何存在？宇宙如何開始？這些結果並不只是暴脹的確切證據（smoking gun），它們也告訴我們暴脹何時開始，以及這個過程的威力有多大。"

※ 相關報導：

＊ BICEP2 2014 Results Release
http://bicepkeck.org/

＊ 時空中偏好某方向的新證據挑戰宇宙學原理
＊ 模擬支持宇宙是一個「全像圖」
＊ 量子糾結在創造的同時會導致蟲洞產生？
＊ 微小奈米天線所創造的新全像技術
＊ 霍金：「黑洞不存在」