天文学家宣布探测到了起源于138亿年前创造我们宇宙的“大爆炸”的原初“引力波”的印记。这一发现被誉为科学上的一个里程碑，但其中涉及的概念对许多人来说会很陌生。这里有一些关于引力波的常见问题解答，可以提供帮助。
BICEP2公告的意义是什么？
科学家们将花费数年时间来揭示这一发现的后果。但一些主要的含义已经很明确了。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过 订阅来支持我们屡获殊荣的新闻报道。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。
阿尔伯特·爱因斯坦在近 100 年前预测了“引力波”，但他同时也计算出它们会非常微弱，以至于他认为它们永远不会被探测到。BICEP2 的发现是引力波实际存在的*最令人信服的证据*——尽管不是直接探测。
这些波是宇宙学标准图景的一个基石理论的确认。这个被称为暴胀的理论认为，在宇宙存在的最初时刻，宇宙经历了一个短暂的指数扩张时期。
在暴胀期间，宇宙的温度——以及基本粒子达到的能量——比任何实验室，甚至瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心的大型强子对撞机所能达到的能量都要高万亿倍。
由于暴胀是一种量子现象，而引力波是经典物理学的一部分，引力波在两者之间建立了联系，并且可能是引力具有与其他自然力相同的量子性质的第一个证据（参见“如何在宇宙大爆炸的痕迹中看到量子引力”）。
什么是引力波？
根据爱因斯坦的广义相对论，引力是质量如何使空间形状变形的方式：在任何有质量的物体附近，空间的结构都会弯曲。但这种弯曲并不总是停留在有质量的物体附近。特别是，爱因斯坦意识到这种变形可以在整个宇宙中传播，就像地震波在地球地壳中传播一样。然而，与地震波不同，引力波可以在空旷的空间中传播——而且它们以光速传播。
如果你能看到引力波迎面而来，你会看到它交替地拉伸和压缩空间，在上下和左右方向（见视频）。
暴胀是唯一能产生引力波的东西吗？
不。任何有质量并正在经历剧烈加速的东西都应该产生它们。在实践中，我们可能能够直接测量的唯一引力波将是来自诸如两个黑洞碰撞并融合为一个黑洞的灾难性事件的引力波。世界各地的几个天文台都在试图拾取这种黑洞合并的遥远噪声。
为什么引力波不能直接测量，而只能通过射电望远镜探测到？
在暴胀期间产生的引力波仍然在整个宇宙中回响。但它们现在可能太微弱而无法直接测量。相反，科学家们会寻找这些波在宇宙大爆炸后约 38 万年弥漫于宇宙的基本粒子汤中留下的印记，我们通过“宇宙微波背景”看到了这一点。对微波背景辐射的观测是使用探测无线电波的望远镜进行的，因此引力波在背景中引起的“涟漪”只能通过射电望远镜探测到。
为什么这一发现在南极被发现？
主持 BICEP2 的阿蒙森-斯科特南极站位于海拔 2,800 多米的南极冰盖上，因此大气稀薄。空气也非常干燥，这很有帮助，因为水蒸气会阻挡微波。而且南极洲几乎无人居住，因此不会受到手机、电视广播以及其他电子设备等的干扰。