在南極追尋時空起點

早在1980年，美國宇宙學家艾倫·古思就提出了一個既令人震驚又讓人著迷的設想：在宇宙大爆炸后最初的一萬億億億分之一秒里，宇宙曾經歷過“暴脹”（inflation）。在這個極其迅速的膨脹過程中，宇宙的體積從比原子還小，急劇脹大到超出視線范圍的尺度。暴脹理論認為，今天的浩渺宇宙曾經是聚集在一起的，所以它能夠解決不少長久以來普遍存在的宇宙學之謎，比如為什么宇宙深處看起來幾乎都一樣。實際上，大多數宇宙學家都認為，暴脹（或者某種與之非常相似的過程）肯定發生過。

諾貝爾獎級別的發現

然而，在之后30多年時間里，該理論一直都缺乏決定性的支持證據。2014年3月10日，美國天文學家約翰·科瓦奇對古思說，證據看起來已經到手了。從2010到2012年，利用一臺名為銀河系外宇宙偏振背景成像2號（簡稱BICEP2）的超靈敏微波接收天線，科瓦奇領導的研究組一直在監測南極的天空。通過給BICEP2安裝類似偏振太陽鏡的微波過濾設備，他們已經在宇宙大爆炸產生的微波“余輝”中探測到了一些微妙的模式。這種模式就是引力波（在暴脹過程中產生的纖維狀時空結構的震顫）的微弱痕跡。而現在，經過對測量結果一遍又一遍縝密檢查后，該研究團隊準備對外公布這一結果。科瓦奇告訴古思，他們探測到的引力波的分布與強度，和暴脹理論所預言的完全吻合。

3月17日，在天體物理中心舉辦的新聞發布會上，這一重磅消息正式向全世界公布。雖然所有與會人員都很清楚，這一發現目前僅由一個研究組獲得，還需要其他獨立研究團隊的確認，但該研究領域許多專家的看法已經很明確了。正如首批預言BICEP2會探測到引力波痕跡的專家之一、美國約翰斯·霍普金斯大學的宇宙學家馬克·卡明可夫斯基在發布會后所說：“在我看來，這完全是諾貝爾獎級別的發現。”

但是對于43歲的科瓦奇來說，當天最令人激動的是兩位暴脹宇宙學創始人—67歲的古思和66歲的美國斯坦福大學的安德烈·林德也坐在臺下。“在科學界，當一個理論的可測結果真正能夠利用實驗來尋找，而且也最終通過實驗得到結果時，其創始人能在現場見證的情況并不多見。”科瓦奇介紹道。

搞科研仿佛在坐過山車

不過，在談到是否能獲得諾貝爾獎時，科瓦奇禮貌而堅決地轉移了話題。“我關心的只是這項研究本身。”他說。談到他的研究，科瓦奇會一絲不茍且有條不紊，而他深邃的藍眼睛也會一直注視著對方。就是這樣的專注力，才能讓他在大爆炸“余輝”（更正式的名字是“宇宙微波背景輻射”，英文簡稱CMB）中探測到引力波的痕跡。BICEP2的研究人員必須測量CMB中微弱到千萬分之一開爾文的溫度變化。他們需要探測輻射中非常細微的偏振，以及隨位置而發生的變化。接下來要分離出“B模式”，即偏振中可由引力波導致的旋轉模式。這一過程需要非常嚴謹，以確保觀測到的B模式確實來自CMB，而不是由其他因素（例如星際塵埃）造成的。

“我們的心情仿佛在坐過山車，”回憶起自己的研究組為了判斷信號真偽而進行的努力時，科瓦奇形容道。由歐洲航天局普朗克太空探測器獲得的非偏振測量數據，推算出的B模式信號強度是他們探測到的結果的一半，發現到這一差別后，他們必須非常謹慎。最終，BICEP2研究組決定相信自己的數據，但兩者之間不一致的原因，至今仍沒有完全弄清楚。該偏振信號可能會被其他競爭對手搶先發現，這種威脅也給他們帶來了更多壓力。科瓦奇及其合作者們不得不將他們的研究結果保密，甚至對他們的親密同伴—與BICEP2近在咫尺的“南極望遠鏡”項目的研究人員。

雖然心里一直有緊迫感，但科瓦奇對數據的分析仍然一絲不茍。最終，他于2013年12月月初在南極召集了組內會議。他拿出全部已經驗證過的測試結果和數據，并談到了將要達到的“里程碑”式的成果。他告訴組員們，如果數據可靠，研究組已經做好了發表的準備。

為促使科研成果早日公之于世，科瓦奇22次到達南極。有一次，他在南極熬過了整個南半球冬季。BICEP2望遠鏡工程師斯蒂芬·里克特介紹說，在CMB天文學領域，科瓦奇是唯一一位在南極過冬的首席研究員。里克特還補充道，由于那樣的經歷，“他熟悉望遠鏡上的每一顆螺絲釘，無論遇到什么問題，只要他注意到，很快就能解決”。

科瓦奇同BICEP2項目的另外三位主要研究人員—明尼蘇達大學的克萊門特·普賴克、N A S A噴氣推進實驗室的杰米·波克以及斯坦福大學的郭昭麟聚在一起共同負責南極項目的運作。現在，該項目已經將BICEP2升級為了靈敏度為原來五倍、名為“凱克陣列”的探測器，明年還會加入一臺具有同等靈敏度的望遠鏡—BICEP3，它將在另一個波長上測量CMB偏振。波克認為，這種集體領導模式在眾多CMB研究項目中是獨有的。科瓦奇說：“我覺得我們集體做出的決定，往往要比某一個人最初提出的意見要好，這種特殊的安排在我們這兒可行，是因為我們彼此尊重，相互信任。”

暴脹宇宙學創始人林德指出了BICEP2測量結果在理論上具有的重要意義：約翰·科瓦奇的研究組經過在南極洲數年的艱苦搜尋，終于找到了線索，為一個經過長期論證的、關于宇宙誕生的理論，提供了有力的證據支持。