關于原初引力波的小道消息

一些科學家對三個月前的一項劃時代發現提出了謹慎的異議。有人認為，BICEP2在數據處理過程中可能低估了銀河系塵埃產生的噪聲。還有人獨立地對數據進行了重新分析，得到了不同的結果。

2014年3月17日，哈佛大學史密松天體物理中心宣布了一項劃時代的發現，即找到了原初引力波存在的證據。僅僅過了兩個多月，物理學預印本網站上就已出現350多篇相關論文。其中一些論文有可能使人們從巨大的興奮中冷靜下來。一些科學家傾向于認為，這個發現正確與否還需要進一步研究。

史密松中心的BICEP2實驗瞄準了天空15°×60°大小的區域，花了數年時間在150GHz的頻率上收集微波光子。其中一些光子來自宇宙誕生38萬年時的微波背景輻射，但也可能混雜了銀河系塵埃近期產生的輻射。為了得到微波背景輻射中蘊含的原初引力波的信息，BICEP2實驗組必須將所有可能的噪聲來源都考慮進去。要想了解銀河系塵埃會產生多大影響，只在單一頻率上收集光子是不夠的，因此BICEP2需要參考其他實驗組的結果。法國物理學家亞當·法爾科夫斯基在他的博客上介紹，BICEP2參考了普朗克實驗組在一次會議中使用的一張未公開的數據圖。持異議者認為，BICEP2在這個過程中低估了銀河系塵埃產生的噪聲。

普朗克巡天者衛星由歐洲航空航天局和美國航空航天局合作發射于2009年，它關注的焦點同樣是無處不在的微波背景輻射。普朗克衛星可以在9個頻率上收集整個天空中的光子，在尋找原初引力波的任務中是BICEP2的有力競爭者。實際上，普朗克在此之前曾發布過原初引力波的搜尋結果。他們得到的原初引力波的相對強度r（即張量標量比）<0.11，而BICEP2的結果是r=0.2。由于BICEP2宣稱排除了r=0，也就是排除了“原初引力波不存在”的假設，因此，我們說BICEP2宣稱發現了原初引力波存在的證據，但這個結果與普朗克的初步結果產生了矛盾。

BICEP2在其官方網站的常見問題頁面否認了這個矛盾的存在。他們暗示BICEP2的測量比普朗克之前的測量更加直接，而數據體現出的不一致可能是一種統計學上的巧合。他們認為，之前探測到的信號并非源于銀河系塵埃，因為“當前關于在我們所觀測區域的銀河系極化輻射的最佳模型表明，它（銀河系塵埃輻射）的影響比我們看到的信號暗弱得多”。

中國科學院高能物理研究所的劉浩博士在4月8日提交的一篇論文中提出了一種新的由銀河系內物質產生的噪聲，這種噪聲并未包含在BICEP2“能找到的前景模型”中（前景即需要扣除的噪聲）。劉浩曾在2010年左右質疑普朗克的前任——威爾金森微波各向異性探測器（簡稱WMAP）小組得出的數據，普朗克于2013年公布的結果驗證了劉浩的那次質疑。

在關注劉浩在2010年質疑WMAP的事件時，我曾聽到一則頗具意味的傳聞，說當時普朗克小組開組會時實施了嚴格的安保政策：嚴禁組外友人探聽，窗簾全部拉上，說話盡量放低聲音。這種謹小慎微的學術風格或許可以解釋為什么BICEP2當初參考的普朗克數據圖是一個未公開版本，為什么正式版本直到今年5月6日才公布，而普朗克關于原初引力波信號的正式結果則還須等到今年10月（科學家通常會盡早公布自己的發現以獲得首創權）。

亞當在博客中說，普朗克正式公布的銀河塵埃極化輻射數據圖與之前的版本存在差別，但其中由BICEP2觀測的那部分區域被遮住了，因此人們還無法就BICEP2的結果定量地做出結論。不過，在兩周前，有兩組物理學家還是獨立地對BICEP2的數據進行了重新分析，結果與BICEP2之前的結果存在明顯不同，但與普朗克的初步結果吻合較好。令人遺憾的是，其中一組結果認為BICEP2數據并不像該研究組之前宣稱的那樣，排除了r=0的可能；也就是說，無法排除“原初引力波不存在”的假設。這樣一來，人們就不能宣稱發現了原初引力波存在的證據。

BICEP2研究組并未對這些質疑做出太多回應，而是緊鑼密鼓地處理該實驗中另一組探測器Keck的數據。據史密松天體物理中心的蘇萌博士介紹，Keck收集數據的速度是BICEP2探測器的5倍左右，并且能在95GHz的頻率上工作（多一個頻率有助于除去銀河系塵埃產生的噪聲）。BICEP2研究組已經注意到了普朗克的新數據圖與之前他們使用的非正式版存在差別，但影響有多大還不肯定。他們分析Keck的數據時會參考這個新數據圖。

在歷史上，科學上的爭議不一定以悲劇收場。據亞當介紹，1998年，當一組科學家首次公布宇宙正在加速膨脹的發現時，也曾因存在系統誤差而遭到嚴厲質疑。不過，這組科學家還是因此分享了2011年諾貝爾物理學獎。事態尚不明朗，一切皆有可能。亞當最后開玩笑說，BICEP還會在一段時間內保持“薛定諤的貓”的狀態。