引力波發現或重新“洗牌”物理學

鄧雪梅/編譯

在公布BICEP2觀測結果之前，林德正在炫耀他的二頭肌（前排左一）

3月17日，哈佛大學史密森天體物理中心的天文學家約翰·科瓦奇（John Kovac）宣布了關于引力波的期待已久的證據——時空結構中的漣漪起源于宇宙大爆炸并經歷了急劇膨脹的暴漲階段——當晚，詳解這一發現結果的首篇論文被放到了網上，作者是加拿大圓周理論物理研究所的大衛·馬什（David Marsh）及其同事。

他們寫道，科瓦奇小組使用的南極BICEP2望遠鏡的測量結果幾乎排除掉了一類模型，該模型基于一個被假設存在的基本粒子——軸子——來試圖解釋宇宙早期的暴漲以及宇宙中神秘暗物質的特性。然而，論文作者并沒有排除掉所有的軸子模型，僅僅排除掉了“能夠彌補一小部分暗物質的這類特殊軸子”。

約翰·霍普金斯大學的宇宙學家馬克·卡米奧庫斯基（Marc Kamionkowski）認為，BICEP2 的結果也排除了大量其他理論，包括驅使暴漲發生的能量場特性的幾個想法。“符合觀測結果的模型變得越來越少。”麻省理工學院宇宙學家馬克斯·特格馬克（Max Tegmark）說：“這是物理學中的一次徹底大洗牌，幾乎一切都被排除掉了。這不僅僅動搖了實驗領域，同時也影響到了理論界。”

就在BICEP2觀測結果公布的第二天，斯坦福大學宇宙學家安德烈·林德 （Andrei Linde）認為，許多模型并沒有產生可探測水平的引力波。同是暴漲理論奠基人之一的林德說，BICEP2的觀測數據將排除掉大約90%的暴漲模型。但他表示，這一觀測結果會同“混沌暴漲”符合得非常好。

在林德的模型中，暴漲并沒有完全地結束，它僅僅停留在有限的空間區域并隨著指數膨脹到其他地方。林德還指出，原始引力波的發現似乎排除了被稱做循環宇宙的可選模型。在循環宇宙中，兩個“膜世界”的碰撞產生了宇宙大爆炸，這兩個“膜世界”鑲嵌在一個更高維時空中。這個理論并不能產生引力波。

普林斯頓大學理論物理學家保羅·斯坦哈特（Paul Steinhardt）是循環宇宙的提出者，他坦承，如果BICEP2的觀測結果被證實的話，那么他的理論就徹底被推翻了。但他并沒有因此放棄希望，因為循環宇宙的一個變種可能會產生引力波。

與此同時，諾獎得主、麻省理工學院的弗蘭克·韋爾切克（Frank Wilczek）認為，BICEP2的觀測結果會讓一些弦理論學家“另起爐灶”。弦理論假定基本粒子是由微小振動的能量環構成。他說，將弦理論同宇宙學結合起來會使其中的暴漲模型所產生的引力波能量比BICEP2探測到的低得多。

對于是否要放棄弦理論，林德認為沒有必要。“這僅僅是了解哪種理論更好的一種正常過程，”他同時說，“我們所有的人，不僅僅是弦理論學家，都應當重新啟航。并不是因為我們失敗了，而是因為我們得到了更加重要的東西”