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当寻找早期宇宙物理学的线索时，人们必须志存高远——一个名为“蜘蛛”的球载望远镜阵列，计划于今年冬天在南极洲上空翱翔，它或许能够成功完成一项备受瞩目的地面实验未能完成的任务。
参与那项名为 BICEP2 的地面实验的物理学家几个月前宣布，他们发现了原初引力波的证据——空间结构本身的涟漪，可以追溯到宇宙的最初时刻。这一发现成为了世界各地的头条新闻。然而，经过进一步分析，他们承认他们的数据尚无定论。他们探测到的信号很可能只是由星际尘埃引起的，而不是人们梦寐以求的引力波。参与“蜘蛛”实验的科学家相信，他们的探测器或许能够解决这个问题。（“蜘蛛”的六个望远镜赋予了这项实验的名字。在早期的设计中，它们呈圆形展开，让人联想到一种六条腿的生物。设计后来有所演变，但这个名字保留了下来。）
与 BICEP2 一样，“蜘蛛”号上的探测器将测量宇宙微波背景辐射（CMB），它是在宇宙诞生不到五十万年时产生的。然而，在 CMB 中可能嵌入着来自更早时期的明显信号：宇宙暴胀的短暂时期，即宇宙在大爆炸后的最初极小一部分时间内呈指数级增长的时期。根据广义相对论——爱因斯坦的引力理论——在暴胀时期应该释放出大量的引力波。这些波应该会扭曲 CMB，改变单个微波的极化（也就是说，改变其组成电场和磁场的方向）；由此产生的微妙漩涡模式被称为“B 模式”。
然而，存在一个问题。与我们银河系的磁场对齐的微小星际尘埃颗粒，以大致相同的频率辐射，并且可以产生类似的微波漩涡模式。地球大气层也增加了麻烦，因为它会降低两种信号的质量，以至于很难区分它们。“蜘蛛”大约有一辆大型 SUV 的大小，旨在克服这一困难。它将由一个巨大的氦气球携带升入平流层。加州理工学院的物理学家杰弗里·菲利皮尼解释说，在这样的高度进行观测“可以极大地提高灵敏度”，他是负责设计“蜘蛛”微波接收器的团队负责人。“在空中飞行一天相当于在地面上观测一个月。”
“蜘蛛”还具有第二个优势。BICEP2 仅在一个频率下测量 CMB，而“蜘蛛”将在两个频率下收集数据——菲利皮尼说，这两个信号的比率也有助于区分尘埃的影响和可能的引力波印记。
加州理工学院是来自美国、英国、加拿大和南非的十几家机构之一，它们正在合作开展“蜘蛛”项目，该项目计划于 12 月下旬进行飞行。许多现在参与“蜘蛛”项目的研究人员，包括菲利皮尼，也是 BICEP2 合作项目的成员。
事实上，“蜘蛛”和 BICEP2 只是众多实验中的两个，其中一些正在运行，一些正在规划阶段，它们将在未来几个月加入寻找原初引力波的行列，包括南极望远镜和阿塔卡玛宇宙学望远镜。来自普朗克航天器的数据，它已经测量了整个天空中的尘埃量，对于帮助校准其他覆盖较小天空区域的研究也至关重要。与此同时，使用位于智利的 POLARBEAR 望远镜阵列的物理学家最近宣布，他们已经在 CMB 中发现了 B 模式极化。然而，这些 B 模式被认为不是引力波的产物，而是另一种称为引力透镜现象的产物——由于星系团等介入物质对 CMB 的扭曲，其引力可以将微波拉入 B 模式漩涡。POLARBEAR 可能会提供关于宇宙中最早形成的结构的宝贵信息，但它的设计目的不是探测暴胀时期。
宇宙暴胀理论于 20 世纪 80 年代初提出，目前是解释时间开端时微小的量子涨落如何被放大成构成今天宇宙的巨大结构的主导理论。量子噪声也应该印刻在暴胀产生的引力波上，而这些波也应该被放大到宇宙尺度。正如 CMB 可以被认为是宇宙大爆炸的回声一样，这些引力波可以被解读为暴胀带来的快速膨胀的引力回声。菲利皮尼说，如果“蜘蛛”在 CMB 中探测到引力波信号，它将被视为“暴胀图景的非常强有力的证据”。另一方面，未能探测到引力波可能不会排除暴胀理论，因为该理论非常灵活。“理论家们很聪明，无论我们观察到什么，我相信都会有多种解释，”他说。