关于原初引力波的小道消息

一些科学家对三个月前的一项划时代发现提出了谨慎的异议。有人认为，BICEP2在数据处理过程中可能低估了银河系尘埃产生的噪声。还有人独立地对数据进行了重新分析，得到了不同的结果。

2014年3月17日，哈佛大学史密松天体物理中心宣布了一项划时代的发现，即找到了原初引力波存在的证据。仅仅过了两个多月，物理学预印本网站上就已出现350多篇相关论文。其中一些论文有可能使人们从巨大的兴奋中冷静下来。一些科学家倾向于认为，这个发现正确与否还需要进一步研究。

史密松中心的BICEP2实验瞄准了天空15°×60°大小的区域，花了数年时间在150GHz的频率上收集微波光子。其中一些光子来自宇宙诞生38万年时的微波背景辐射，但也可能混杂了银河系尘埃近期产生的辐射。为了得到微波背景辐射中蕴含的原初引力波的信息，BICEP2实验组必须将所有可能的噪声来源都考虑进去。要想了解银河系尘埃会产生多大影响，只在单一频率上收集光子是不够的，因此BICEP2需要参考其他实验组的结果。法国物理学家亚当·法尔科夫斯基在他的博客上介绍，BICEP2参考了普朗克实验组在一次会议中使用的一张未公开的数据图。持异议者认为，BICEP2在这个过程中低估了银河系尘埃产生的噪声。

普朗克巡天者卫星由欧洲航空航天局和美国航空航天局合作发射于2009年，它关注的焦点同样是无处不在的微波背景辐射。普朗克卫星可以在9个频率上收集整个天空中的光子，在寻找原初引力波的任务中是BICEP2的有力竞争者。实际上，普朗克在此之前曾发布过原初引力波的搜寻结果。他们得到的原初引力波的相对强度r（即张量标量比）<0.11，而BICEP2的结果是r=0.2。由于BICEP2宣称排除了r=0，也就是排除了“原初引力波不存在”的假设，因此，我们说BICEP2宣称发现了原初引力波存在的证据，但这个结果与普朗克的初步结果产生了矛盾。

BICEP2在其官方网站的常见问题页面否认了这个矛盾的存在。他们暗示BICEP2的测量比普朗克之前的测量更加直接，而数据体现出的不一致可能是一种统计学上的巧合。他们认为，之前探测到的信号并非源于银河系尘埃，因为“当前关于在我们所观测区域的银河系极化辐射的最佳模型表明，它（银河系尘埃辐射）的影响比我们看到的信号暗弱得多”。

中国科学院高能物理研究所的刘浩博士在4月8日提交的一篇论文中提出了一种新的由银河系内物质产生的噪声，这种噪声并未包含在BICEP2“能找到的前景模型”中（前景即需要扣除的噪声）。刘浩曾在2010年左右质疑普朗克的前任——威尔金森微波各向异性探测器（简称WMAP）小组得出的数据，普朗克于2013年公布的结果验证了刘浩的那次质疑。

在关注刘浩在2010年质疑WMAP的事件时，我曾听到一则颇具意味的传闻，说当时普朗克小组开组会时实施了严格的安保政策：严禁组外友人探听，窗帘全部拉上，说话尽量放低声音。这种谨小慎微的学术风格或许可以解释为什么BICEP2当初参考的普朗克数据图是一个未公开版本，为什么正式版本直到今年5月6日才公布，而普朗克关于原初引力波信号的正式结果则还须等到今年10月（科学家通常会尽早公布自己的发现以获得首创权）。

亚当在博客中说，普朗克正式公布的银河尘埃极化辐射数据图与之前的版本存在差别，但其中由BICEP2观测的那部分区域被遮住了，因此人们还无法就BICEP2的结果定量地做出结论。不过，在两周前，有两组物理学家还是独立地对BICEP2的数据进行了重新分析，结果与BICEP2之前的结果存在明显不同，但与普朗克的初步结果吻合较好。令人遗憾的是，其中一组结果认为BICEP2数据并不像该研究组之前宣称的那样，排除了r=0的可能；也就是说，无法排除“原初引力波不存在”的假设。这样一来，人们就不能宣称发现了原初引力波存在的证据。

BICEP2研究组并未对这些质疑做出太多回应，而是紧锣密鼓地处理该实验中另一组探测器Keck的数据。据史密松天体物理中心的苏萌博士介绍，Keck收集数据的速度是BICEP2探测器的5倍左右，并且能在95GHz的频率上工作（多一个频率有助于除去银河系尘埃产生的噪声）。BICEP2研究组已经注意到了普朗克的新数据图与之前他们使用的非正式版存在差别，但影响有多大还不肯定。他们分析Keck的数据时会参考这个新数据图。

在历史上，科学上的争议不一定以悲剧收场。据亚当介绍，1998年，当一组科学家首次公布宇宙正在加速膨胀的发现时，也曾因存在系统误差而遭到严厉质疑。不过，这组科学家还是因此分享了2011年诺贝尔物理学奖。事态尚不明朗，一切皆有可能。亚当最后开玩笑说，BICEP还会在一段时间内保持“薛定谔的猫”的状态。