3月17日，由四位天体物理学家组成的小组在马萨诸塞州剑桥市的哈佛-史密森天体物理中心举行了一次新闻发布会，宣布他们发现了宇宙微波背景 (CMB) 中的特征，这些特征与来自宇宙最初时刻的引力波一致。小组成员、斯坦福大学的郭兆林表示，结果与数十年前的暴胀理论的预测相符，为宇宙大爆炸后瞬间，我们的宇宙膨胀速度超过光速提供了第一个直接证据。
郭设计了负责这项突破的望远镜中的灵敏光子探测器。在南极寒冷干燥的大气中，宇宙外星系偏振背景成像 (BICEP2) 望远镜收集了来自 CMB 的光子，这是 138 亿年前宇宙大爆炸的残留物。描述捕获光子的强度和偏振的信息通过卫星传输给在各个研究所工作的 47 位研究人员组成的国际合作团队。渐渐地，出现了一种偏振光模式。研究人员最初不愿将数据解释为原始引力波的证据。他们努力排除对信号的替代解释，包括这种模式不是由引力波而是由银河系中的尘埃产生的可能性。
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然而，随着时间的推移，BICEP2 团队确信，卷曲的“B 模式”偏振模式是由暴胀期间的引力波产生的。在新闻发布会的同时，BICEP2 团队发布了一份未经同行评审的预印本论文，详细介绍了他们实验的方法和结果，并写道“B 模式宇宙学的新时代已经开始。” 斯坦福大学公共事务办公室制作了一段视频剪辑，记录了郭向暴胀理论的创始人之一、斯坦福大学物理学家安德烈·林德发布关于这项发现的消息。这段感人的视频在网上疯传，截至撰写本文时，在 YouTube 上的观看次数已达 280 万次。
然而，发现的欣快感并没有持续多久：5 月，欧洲航天局的普朗克空间天文台发布了 CMB 尘埃偏振图，这削弱了 BICEP2 声称发现引力波的说法。宇宙学家发表论文 批评 BICEP2 的说法，理由是 B 模式信号可能是由漂浮在望远镜观测前景中的硅尘产生的。
6 月中旬，《物理评论快报》发表了 BICEP2 的修订论文。研究人员坚持测量本身的准确性，但指出银河尘埃可能对他们之前认为是引力波的现象负责。
在修订论文发表前几天，《量子杂志》在芝加哥大学的一次宇宙学会议上采访了郭。这是该对话的浓缩和编辑版本以及电子邮件的后续。
量子杂志：您在 BICEP2 中的角色是什么？
郭兆林：我设计了超导天线技术，并监督了喷气推进实验室望远镜的建造。利用这项技术，我们制造了一种能够探测原始引力波存在的仪器。现在，我们通过建造凯克阵列（一台额外的望远镜）大大提高了 BICEP2 的灵敏度，凯克阵列部署在 BICEP2 旁边。我们还在研究下一代望远镜，称为 BICEP3。凯克阵列和 BICEP3 将在 BICEP2 停止的地方继续寻找引力波。
在网上疯传的 YouTube 视频中，您对安德烈·林德说出了“r = 0.2”这句话，他欣喜若狂。这个方程式是什么意思？
在 20 世纪 90 年代中期，理论家们意识到，我们可以通过观察宇宙微波背景的偏振状态来直接寻找引力波。使用 BICEP2 望远镜，我们花了三年时间绘制出南极天空一小片区域的偏振图。不要太技术性，但 CMB 的偏振归结为找到两种不同类型的模式，称为 E 模式和 B 模式。
我们发现，我们观察到的微波背景偏振中有 20% 是 B 模式，这可能是由引力波或银河尘埃和其他来源引起的。使用来自其他 CMB 实验的可用尘埃图，我们排除了银河尘埃或其他来源导致我们观察到的大部分 B 模式信号的可能性，引力波是最简单的解释。
方程式“r = 0.2”表示总偏振的 20% 是由引力波引起的。重要的是，这意味着我们可以评估暴胀的能量尺度。如果 r = 0.2，则能量尺度足够高，以至于在宇宙诞生时，引力和量子力学必定已经结合在一起。这验证了林德和其他宇宙学家（如艾伦·古思）提出的大场暴胀模型。
当您开始时，您是否期望验证暴胀理论？
作为一名实验学家，我寻找可检验的想法，而暴胀理论做出了可检验的预测。我个人很喜欢暴胀理论的解释力。但我是一名实验学家，我的工作是进行测量，让理论的结果顺其自然。
在 BICEP2 宣布发现引力波后，包括拉斐尔·弗劳格、戴维·斯珀格尔、迈克尔·J·莫滕森和乌罗什·塞利亚克在内的许多宇宙学家撰写论文称，您和您的同事解释为引力波证据的 B 模式也可能同样是由银河尘埃云引起的。他们是正确的吗？
在科学中提出替代解释是一个非常正常的过程。BICEP2 在 150 GHz 的频率下看到了非常显著的 B 模式偏振水平。我们尝试了一年让信号消失，但我们失败了——它仍然存在。我们现在确信它来自天空，而不是来自仪器伪像。十多年来，天文学家一直在模拟我们银河系前景中的偏振尘埃，其偏振度较低或中等，约为 5%，不足以解释我们的信号。并且有一些支持证据表明 B 模式信号是来自十年前 BICEP1 望远镜在 100 GHz 频率下收集的数据的引力波。引力波仍然是一个非常可能的解释，也是最经济的解释。
但在 5 月初，在我们发布预印本后，普朗克合作组织发布了来自其 350 GHz 偏振测量的尘埃偏振数据。该数据显示，整个天空的尘埃偏振比我们预期的更为显著。
新的普朗克数据发布对您在 3 月宣布的引力波发现意味着什么？
普朗克地图没有覆盖我们望远镜观测的南极地区。普朗克很快将发布更多数据。如果我们“运气不好”，普朗克观测到的偏振尘埃可能可以解释我们所有的 B 模式信号。所以我们拭目以待。
在《物理评论快报》上发表的修订后的 BICEP2 论文中，您的团队对其最初的发现表示不太确定。为什么？
在我们发布预印本之前，我们从普朗克获得的所有信息都是一年多前在演示文稿幻灯片中的一张地图。当我们查看幻灯片时，我们对图像的含义做出了假设，然后我们根据该假设对尘埃偏振进行了最佳估计。我们的假设基本上与先前对银河尘埃偏振的模型一致。我们无法完全核实我们的假设，因为幻灯片是我们唯一可以访问的普朗克尘埃图。在修订后的论文中，由于不确定性，我们删除了基于普朗克图像的尘埃模型。
您没有访问普朗克的原始数据吗？
当我们对尘埃偏振覆盖率做出假设时，我们没有普朗克的原始数据。当普朗克发布数据时，它从地图中排除了我们在南极的观测区域。当普朗克发布更多关于我们天空区域的尘埃偏振数据时，我们将更好地了解 B 模式是引力波还是尘埃。
鉴于新的普朗克数据和随后的批评，您对宣布发现引力波有何感受？
我们一直承认尘埃存在不确定性。现在，这种不确定性似乎更大了。
您一定对结果有情感投入。
就我个人而言，我只关心真相。我不担心一直看起来很好。我只关心我们在数据中看到的偏振信号有多少是由尘埃引起的，有多少是由原始引力波引起的。作为实验学家，我们希望进行尽可能好的测量。当记者说“哦，你做错了什么！”时，这让我很受伤。事实是，我们现在已经根据新的信息调整了我们的解释。重要的是，数据点没有移动分毫。只有解释发生了演变。
BICEP2 团队中的每个人都同意最初的解释，即过量的 B 模式信号是由引力波引起的吗？
根据我们在发布预印本时掌握的信息，关于数据确实没有什么可不同意的。我们很快将从普朗克、凯克阵列和 BICEP3 获得更多数据。无论 BICEP2 信号最终被证明是前景尘埃还是原始引力波，我们都将继续推进我们的研究。
竞争寻找引力波的研究小组是否应该在宣布发现之前共享原始数据？
我们确实计划与其他小组合作共同分析我们的数据。数据发布并非易事。各个小组处理 CMB 数据的方式不同，仪器属性也不同，必须加以理解。一项名为 CMB-S4 的合作正在 2020 年进行中，该合作呼吁不同研究小组之间进行更多数据共享。
这一切有什么教训可以吸取吗？
对于外行人来说，解释过程可能显得有些混乱，但我们在科学方面正在取得快速进展。再说一遍，我只关心找到答案。
经 量子杂志 许可转载，量子杂志是 SimonsFoundation.org 的一个编辑独立部门，其使命是通过报道数学、物理和生命科学的研究进展和趋势来提高公众对科学的理解。