現(xiàn)代宇宙學(xué)的主流理論認(rèn)為，宇宙在誕生的極早期經(jīng)歷過(guò)一個(gè)極為短暫但異常迅猛的膨脹階段——宇宙暴脹，宇宙的尺度在萬(wàn)億分之一秒的時(shí)間內(nèi)放大了億億億倍。這個(gè)劇烈的過(guò)程不但埋下了后來(lái)星系、星系團(tuán)等宇宙結(jié)構(gòu)形成的“種子”，還激起了時(shí)空的漣漪——即原初引力波。
引力波是時(shí)空的波動(dòng)。2015年，激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）合作組宣布首個(gè)引力波的探測(cè)事例，這一劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn)摘得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的桂冠，開啟了人類引力波天文學(xué)的新紀(jì)元。目前已積累的幾十起引力波探測(cè)事例均源自大質(zhì)量天體，如黑洞、中子星的并合過(guò)程。原初引力波與之截然不同，它產(chǎn)生于138億年前時(shí)空的量子漲落，被稱為“宇宙嬰兒時(shí)期的第一聲啼哭”。至今，這些微弱的漣漪仍在宇宙間回蕩。
原初引力波承載著宇宙誕生的核心秘密。現(xiàn)代宇宙學(xué)對(duì)極早期宇宙提出了多種可能的圖景，例如：暴脹宇宙——宇宙在誕生后極短時(shí)間內(nèi)經(jīng)歷了一次指數(shù)級(jí)的超快膨脹；反彈宇宙——宇宙在經(jīng)歷一次收縮后反彈；循環(huán)宇宙——宇宙在膨脹和收縮之間周而復(fù)始的循環(huán)等。不同的理論模型對(duì)原初引力波的產(chǎn)生機(jī)制和強(qiáng)度也做出了不同的預(yù)言，因此，探測(cè)出原初引力波的存在與否、測(cè)量出原初引力波的強(qiáng)度，就如同獲得了解開宇宙誕生奧秘的鑰匙。此外，原初引力波是時(shí)空量子漲落被暴脹放大到可觀尺度的直接證據(jù)。探測(cè)到它，將是人類首次探測(cè)到引力的量子效應(yīng)，為證實(shí)引力子的存在提供有力的證據(jù)，關(guān)乎時(shí)空的本質(zhì)。
原初引力波經(jīng)過(guò)138億年的漫長(zhǎng)時(shí)光已經(jīng)變得極其微弱。幸運(yùn)的是，人們可以通過(guò)宇宙大爆炸的余暉，即宇宙微波背景輻射（CMB），來(lái)尋找原初引力波的蛛絲馬跡——原初B模式偏振。這種大尺度的、旋渦狀的偏振圖案，就像是原初引力波在CMB這張“底片”上留下的“指紋”，是其存在的最直接證據(jù)之一。LIGO等激光干涉儀探測(cè)引力波，如同架設(shè)了一臺(tái)“時(shí)空錄像機(jī)”，實(shí)時(shí)錄制了引力波引起的臂長(zhǎng)變化；而CMB偏振望遠(yuǎn)鏡探測(cè)原初引力波，則更像是拍攝一張來(lái)自宇宙早期的“化石照片”。
探測(cè)原初引力波對(duì)臺(tái)址環(huán)境要求十分苛刻，大氣層中的水汽會(huì)嚴(yán)重干擾對(duì)這種微弱偏振信號(hào)的精密測(cè)量，一般認(rèn)為，觀測(cè)季可沉降水汽含量中位數(shù)低于2毫米的地方，是較為理想的臺(tái)址。縱觀全球，只有南極極點(diǎn)、智利阿塔卡馬沙漠、格陵蘭島和中國(guó)西藏阿里地區(qū)滿足這樣的條件。在冬季，阿里臺(tái)址氣溫將降至零下30攝氏度，可沉降水汽含量中位數(shù)在觀測(cè)季可達(dá)1毫米以下。
2025年4月，在海拔5250米的西藏阿里高原，我國(guó)的阿里原初引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)（AliCPT）成功實(shí)現(xiàn)“首光”觀測(cè)。現(xiàn)已部署的阿里原初引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)一期（AliCPT—1），在國(guó)際同類望遠(yuǎn)鏡中有效口徑最大，可搭載探測(cè)器數(shù)量最多。目前，AliCPT—1已轉(zhuǎn)入科學(xué)觀測(cè)階段，它將在未來(lái)幾年持續(xù)掃描，在CMB的偏振信號(hào)中搜尋原初B模式的獨(dú)特印記。原初引力波的探索將為我們揭示宇宙最原初的樣貌，讓我們得以“聆聽”來(lái)自138億年前的回響。
（作者為中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所研究員、阿里原初引力波探測(cè)實(shí)驗(yàn)首席科學(xué)家）
《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2025年08月23日 06 版）