3月中旬，一个致力于探测时间最初时刻的实验小组，由四位天体物理学家组成，在马萨诸塞州剑桥的哈佛-史密森天体物理中心 (CfA) 举行了一场特别的新闻发布会。科学家们宣布，位于南极的射电望远镜发现了由大爆炸产生的引力波。他们在互联网上发布了一篇未经同行评审的论文，宣称宇宙学“新时代”的开始。
在新闻发布会上分享聚光灯的是安德烈·林德和艾伦·古斯，这两位理论物理学家发展了关于宇宙在诞生时如何迅速膨胀的开创性理论。新的结果验证了这些理论——或者看起来是这样。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
斯坦福大学和CfA都发布了新闻稿，称这一发现是表明通胀理论为真的“确凿证据”，这个短语出现在有关该发现的国际头条新闻中。一段斯坦福大学研究员郭超林走到林德的住处分享发现消息的短视频被数百万人观看。在媒体采访中，面带微笑的物理学家和宇宙学家几乎兴奋地跳起了舞。
他们中的大多数人都谨慎地指出，使用BICEP2望远镜（宇宙星系外偏振背景成像，第二代）进行的实验的科学家们提出的革命性主张，必须通过可以排除其他解释的额外实验来证实。但是，由于BICEP2的非常技术性的论文断言引力波信号为假的可能是非常低的，因此对大多数人来说，这一发现似乎已成定局。
但对大卫·斯珀格尔来说并非如此。斯珀格尔在天体物理学领域赢得了声誉，他曾是威尔金森微波各向异性探测器 (WMAP) 的团队成员，这是一颗于2001年发射入轨的射电望远镜。该卫星对大爆炸微波余晖的测量结果确定了我们不断膨胀的宇宙的年龄（137.7亿年），并揭示了其普通物质（占总量的4.6%）与暗物质（24%）和暗能量（71.4%）的比例。（普朗克卫星的数据后来将年龄修订为接近138亿年，并将普通物质、暗物质和暗能量的百分比分别修订为4.9%、26.8%和68.3%。）
斯珀格尔还参与了其他几个正在寻找大爆炸引力波证据的实验。他不是BICEP2的成员，BICEP2也测量宇宙微波背景辐射 (CMB)，但他一直在普林斯顿大学向他的学生讲授它。在火车上阅读BICEP2的论文时，他发现了数据解释中的严重问题，特别是考虑到在BICEP2宣布之后发布的新CMB测量结果。在5月下旬，斯珀格尔与纽约大学和新泽西州普林斯顿高等研究院的物理学家拉斐尔·弗劳格尔以及普林斯顿大学的研究生J·科林·希尔合作，共同发表了一篇对BICEP2团队结果的评论。三人得出结论，该信号很可能由银河系前景中的宇宙尘埃产生，而不是由引力波产生。其他宇宙学家也加入了进来，包括加州大学伯克利分校的迈克尔·J·莫顿森和乌罗什·塞利亚克，他们写了他们自己的评论文章，结论是：“因此，现在庆祝BICEP2的结果作为通胀的明确证明还为时过早。”
6月20日，《物理评论快报》发表了BICEP2原始论文的修订版。在这篇新论文中，天体物理学家认真地限定了他们的引力波解释。最重要的是，他们删除了有关来自欧洲航天局普朗克空间天文台的科学家给出的未发表演示文稿中获得的有关尘埃的数据。他们还纳入了他们在发布该论文的第一个版本时不可用的有关尘埃的普朗克数据。BICEP2的科学家们在脚注中向斯珀格尔及其同事致意，承认他们不能再“排除尘埃发射足够亮以解释整个多余信号的可能性”。
6月中旬，《量子》杂志与斯珀格尔坐下来讨论了BICEP2的争议。这是该对话的浓缩和编辑版本。
《量子》杂志：您是BICEP2团队声称发现原始引力波存在的首席批评家。为什么？
BICEP2的天体物理学家应该更加谨慎。他们报告的证据未能说服我相信他们解释为由引力波引起的信号实际上不是由银河尘埃引起的。
媒体反应过度了吗？
我不怪媒体报道确凿证据的故事，但我确实责怪BICEP2项目的科学家们过度推论，提出了其自身数据不能完全支持的主张。
BICEP2在《物理评论快报》上发表的修订版论文中对其确凿证据主张的修改是否让您满意？
修订后的论文仍然使用了不切实际的前景模型，很可能低估了尘埃信号的强度。但这是一个积极的信号，表明该团队成员现在认识到他们不能再排除他们的引力波信号为假的可能性。
BICEP2的论文非常技术性。用普通语言来说，为什么偏振很重要？
光可以描述为电磁波，也可以描述为粒子，即光子。直射阳光是非偏振的——光子在所有方向上随机散射。但是，当光子从水或镜子等表面反弹时，散射光波被限制为相对于其传播平面上下或左右振荡。这就是偏振。
我们在日常生活中看到偏振光：在雾蒙蒙的海滩上，偏光太阳镜会滤除水散射光子的偏振眩光，因此我们可以更好地看到周围环境。
在天体物理学中，射电望远镜测量宇宙微波的偏振，这些微波是已经朝我们传播了130多亿年的光子。当我们的仪器测量这些光子的属性时产生的偏振模式可以揭示过去引力波的存在。
什么是引力波？
引力波是时空结构中的扭曲。这些波的传播方式类似于水波，水波从扔进湖中的石头向外呈同心圆状扩散。人们认为碰撞的中子星会发出巨大的引力波，但它们的能量非常微弱，我们尚未在实验中发现任何引力波。但是，如果通胀理论为真，那么在大爆炸后通胀的微观瞬间，宇宙以指数方式膨胀，比光速还快，这是由难以置信的高能量爆发驱动的。
在这万亿分之一万亿分之一万亿分之一秒内，时空中的量子力学涨落产生了引力子，即时空中的引力涟漪。随着膨胀且没有光线的宇宙在超高温通胀瞬间之后冷却下来，这些微小的波逐渐扩展到数十万光年。
然后，突然间，有了光：在通胀结束后大约38万年出现的“最后散射面”上，光子被释放出来，向各个方向传播。这里有一个诀窍：引力波会移动电子。一些光子从正在被引力波移动的电子上反弹，这些引力波是在通胀期间以量子力学方式产生的，并且已经成为经典物体。
该理论认为，这些光子产生了一种称为B模的卷曲偏振模式，这种模式与当电子与引力波相互作用时发生的情况有因果关系。
天体物理学家预测，这种B模偏振模式非常微弱地记录在宇宙微波背景中。BICEP2在CMB中检测到的偏振模式可能有效地是原始引力波的快照。
或者，它可能是由银河系中漂浮的硅尘微粒散射而偏振的光子产生的模式，这是一种较年轻的B模模式，与138亿年前的模式相同。
为什么找到引力波的证据如此重要？
发现原始引力波的存在，就打开了一扇了解大爆炸后10^-35秒发生的物理学类型的窗口，其能量尺度比大型强子对撞机可以探测的能量范围大万亿倍。实际上，我们将看到引力子的运动——量子化的引力。
这是否意味着通胀理论可以被证明是真的？
证明一个理论意味着什么？我们主要是在证伪事物。通胀与其说是理论，不如说是一种情景，因为有很多版本的通胀。通胀情景做出了已经通过实验验证的预测，这很棒。但是，我的观点是，虽然通胀为我们指明了正确的方向，但它并不是最终的理论。
也就是说，如果非尘埃B模信号像BICEP2研究人员声称的那样大，那就需要在统一量子力学和广义相对论领域能级的大场通胀的存在。强引力波的存在将排除许多相互竞争的量子引力理论，并指出正确的前进道路。
BICEP2研究人员对其自身数据的解释有什么问题？
实验的难点在于确定B模信号中有多少是尘埃和其他可能的数据污染物。从总B模信号中减去这些量，剩下的（如果有的话）是由于古老的引力波造成的。BICEP2在150 GHz的单个无线电频率上对天空进行了非常灵敏的测量。仅使用单个频率读数，我们无法判断B模信号是由银河尘埃引起的还是由引力波引起的。我们需要多频数据。
为什么BICEP2将搜索限制在一个频率上？
事实证明，150 GHz是我们可以构建最灵敏探测器的频率。这种方法很好，但是我们还必须探索更高和更低频率的范围，以确认B模模式的来源。但是，在为地面望远镜选择可搜索频率时，存在信噪比限制。例如，在地面上，氧气在60 GHz时会发出无线电噪声，而水在120 GHz时会发出很大的噪声。
诸如普朗克卫星之类的空间望远镜是否更适合寻找由引力引起的B模偏振模式？
地面探测器比太空望远镜技术更先进，因为太空仪器的设计必须在发射前五六年就冻结。但是太空比次大气层要干净得多。在那里，无需担心氧气和水的信号污染数据，限制某些频率的使用。太空望远镜可以搜索更大的天空范围，但其运行成本要高得多。这是一个权衡，但我们需要来自地面和太空的数据，才能产生最大的覆盖范围。
普朗克卫星能确定BICEP2提出的引力波信号是否真实吗？
尘埃在高频率下更亮。普朗克卫星在353 GHz的频道上运行。在353 GHz时，尘埃比BICEP2搜索的150 GHz亮20倍。如果普朗克卫星在353 GHz处仅检测到来自极化尘埃的微弱信号，那么我们将对BICEP2发现引力波的主张更有信心。但是，如果普朗克卫星在353 GHz处观测到大量的B模式极化，那么，可悲的是，BICEP2的发现将是极化的尘埃。
对BICEP2的批评之一是，研究人员使用了从一年前在会议上展示的普朗克幻灯片中获得的关于尘埃分布的汇总数据。
BICEP2团队成员错误地分析了普朗克数据。他们声称尘埃极化导致B模式信号的可能性仅为百万分之一。这是因为他们误解了普朗克幻灯片上显示的汇总结果。
他们为什么不使用普朗克原始数据？
普朗克卫星的原始数据要到年底才会公开。
您是否要求BICEP2科学家访问他们的数据？
是的，但他们拒绝发布，说他们的数据尚未校准。
保留此类数据是常见的做法吗？
在了解收集数据的仪器局限性的科学家正确校准原始数据之前，将其保密是可以的。但是，如果您愿意根据您的数据发表论文，那么您应该公开这些数据。
您认为这场争议将如何影响公众对科学运作方式的看法？
乐观的情况是，公众会说，嘿，这太棒了，当人们互相检查彼此的数据时，它有助于科学。如果香肠制作过程是干净的，那么一家好的餐厅不会介意让人们看到厨房。负面的一面是，正如我的一位右翼Facebook朋友所说：如果科学家们在引力波上犯了错误，我们为什么还要相信他们在全球变暖问题上的说法？
相关文章：早期宇宙探索者寻求答案
经Quanta Magazine许可转载，Quanta Magazine是 SimonsFoundation.org 的一个编辑独立的部门，其使命是通过报道数学、物理和生命科学领域的研究进展和趋势来增进公众对科学的理解。