太阳在南极的 BICEP2 望远镜上落下。图片来源：Steffen Richter，哈佛大学 上周，BICEP2 的科学家们——他们在三月份宣布了宇宙暴胀的证据，这是一项可能获得诺贝尔奖的发现——亲手为自己的研究结果画上了句号。刚刚在 BICEP 网站上发布的官方论文[pdf]，讲述了他们如何将宇宙尘埃误认为是“原初引力波”，以及为什么每个人都需要冷静下来，停止试图否定暴胀理论。
什么是暴胀？
宇宙大爆炸后仅 10^-35 秒，宇宙学家（至少大多数人）认为宇宙以超光速膨胀——比此后任何时期都要快，也比将来任何时期都要快。这种称为暴胀的膨胀过程使一切都变得平滑。它将宇宙变成了我们今天看到的近乎均匀的所在地，并可能创造了其他宇宙，从而构成了听起来科幻的“多元宇宙”。但要找到暴胀确实发生的直接证据（毕竟，那是非常久远的事情）是很困难的。这就是 BICEP2 团队看到的 B 模式的由来。
什么是 B 模式？
如此壮观地膨胀的宇宙，不可能不留下一些“拉伸痕迹”。暴胀会在所谓的“宇宙织锦”——时空本身——中产生波。这些引力波会在大爆炸留下的余晖上留下它们的印记。这种光被称为宇宙微波背景（CMB）。引力波的印记——光线方向的扭曲——有点像你的指纹：一种漩涡状、卷云状的图案，称为“B 模式偏振”。如今，凭借我们先进的望远镜，我们终于能够扫描这种印记。2014 年 3 月，使用南极望远镜 BICEP2 的研究人员声称他们已经发现了它。
那么问题出在哪里？
暴胀并没有一个独特的印记。我们银河系中的尘埃会以完全相同的方式扭曲信号。遥远的、巨大的星系也是如此。这种由星系引起的“引力透镜效应”已经得到了充分的理解，BICEP2 的科学家们也将其从数据中剔除，但事实证明，他们并没有有效地清除尘埃。在 BICEP2 公布结果后，其他科学家开始提出质疑：也许他们的 B 模式仅仅来自尘埃。
现在来个不同的比喻。
为了找出引力波 B 模式的“响度”，科学家们必须减去引力透镜 B 模式（容易）和尘埃 B 模式（更难）。想象一下，你的邻居把她 FM 107.5 频道的收音机开得很大声，让你能听到；街对面的汽车也大声播放 107.5；你还在笔记本电脑上播放。这首歌会比你自己一个人播放时响得多。如果你想知道汽车贡献了多少声音，你必须减去你自己电脑发出的声音。这很容易。但你也必须减去你邻居的声音，要做到这一点，你必须去和你邻居谈谈，弄清楚她的收音机有多响。
这张艺术家的印象图展示了宇宙微波背景（CMB，由欧洲空间局的普朗克空间望远镜探测到）中的光子，在穿越宇宙的过程中，如何被巨大宇宙结构的引力透镜效应所偏转。图片来源：ESA/Planck
与邻居交谈
BICEP2 团队没有关于尘埃对总 B 模式贡献的准确地图，因为直到普朗克望远镜绘制出这样的地图之前，这样的地图并不存在。普朗克是一个精确的 CMB 测绘仪，它可以探测多个频率——特别是那些尘埃信号最强的约 353 MHz 的频率。（尘埃在不同频率下表现不同。）但普朗克的结果在 BICEP2 团队想要召开新闻发布会时还没有公布。他们认为他们的 B 模式来自尘埃稀薄的地方。他们认为这不是一个问题。但他们错了。这正是这篇新论文、旧争议和持续的事件的由来。BICEP2 的科学家们与普朗克团队合作，并加入了另一个南极望远镜——Keck Array——以确保万无一失。以下是他们的发现：
好消息
普朗克在相同的位置看到了与 BICEP2 相同的 B 模式。这些印记是一致的。
坏消息
普朗克的数据显示有更多的尘埃存在，这意味着尘埃对总 B 模式信号的贡献比 BICEP2 团队想象的要大。当他们从总信号中减去已知的引力透镜和新发现的尘埃信号后，几乎没有信号剩下——肯定不足以宣布探测到引力波。在无线电比喻中，如果你发现邻居的收音机比你想象的响，那么那辆远处的汽车的收音机就比你想象的要小声——也许小声到你根本听不见。
数字说明消息
科学家们使用一个称为r的比率来测量引力波 B 模式的“响度”。粗略地说，r衡量了暴胀的“强度”。它将原初引力波与年轻宇宙中的“密度扰动”或“块状度”进行比较。引力波越强，暴胀就越有力，r值就越大。2014 年 3 月 BICEP 的惊人结果声称r高达 0.2（我的天，我知道）。科学家们本来预期r值会更接近 0.1（早期普朗克的结果也suggested如此）。“暴胀比我们想象的还要史诗级！而我们本来就觉得它相当史诗级了！”这是科学界对第一个结果的兴奋反应。然而，现在，团队不得不面对一个令人沮丧的现实，即大部分信号都来自尘埃。也许是全部信号。也许r是 0，这意味着没有引力波，没有暴胀，我们必须回到白板，找出宇宙开端究竟发生了什么。但是，别急着拿起白板笔。在 0 和 0.2 之间有许多r值。r值越小，那些卷云状的印记就越难探测，我们也需要花费更长、更艰难的时间去寻找它们。现在尘埃落定，搜寻可以继续。
