被质疑的暴胀证据

( 建在美国阿蒙森-史考特南极研究站的BICEP2望远镜（左）和南极望远镜（右） )

很多人对于不到三个月前轰动世界的科学新闻还记忆犹新，在2014年3月17日，哈佛－史密森天体物理学中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）召开新闻发布会，宣布一组由多个研究机构的科学家组成的观测小组在南极利用由512个超导探测器组成的BICEP2设备对宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background）进行探测，在其中发现了原初引力波的痕迹，这个发现极大地肯定了宇宙暴胀假说，一时间轰动世界，“宇宙起源”、“暴胀”（Inflation）等天体物理学词汇充斥全世界的媒体。

人们有理由为此激动，宇宙空间为什么基本平直？为什么人类至今也没有发现磁单极子？乃至人类为什么存在？对于这些最本质的问题，宇宙暴胀假说都给出了圆满的回答。这组科学家发现支持宇宙暴胀假说的证据的意义可想而知，有人评价说这很有可能是整个21世纪最伟大的宇宙学发现。但是，仅仅在几个月之后，在天体物理学界就开始出现流言，有人开始怀疑这个证据的可靠性。紧接着，不只是在私下，开始有天体物理学家公开质疑BICEP2小组探测数据的意义，一些论文被张贴在了网上。

对于BICEP2小组探测发现的质疑起源于一些天体物理学家的博客，这些天体物理学家在网上质疑BICEP2小组的科学家们在排除银河系尘埃对实验结果影响的估算上犯了错误。实际上，BICEP2小组对此进行估算并建立数学模型的基础来自于欧洲航天局（ESA）的普朗克卫星此前在2009至2013年对全天空进行观测的结果。面对越来越多的质疑，BICEP2小组的科学家们此时显然还不准备承认他们的估算存在任何问题，也不认为目前他们的结论需要做任何更正。

到底是哪里出了问题？一些此前并未参与到BICEP2探测和数据分析的天体物理学家，经过对BICEP2的探测数据进行分析之后，却得出了与这个小组完全相反的分析结果。这些天体物理学家认为，经过仔细分析，BICEP2的实验数据只是他们对于银河系空间中存在尘埃的观测，根本无法支持宇宙暴胀假说。

对于一份数据的解读，分成了相互对立的两派，这并不难以理解，毕竟这可能是一个相当重要的发现，也可能涉及到一份诺贝尔物理奖的归属和几十个天体物理学家的职业生涯。在争论漩涡的中心，麻省理工学院的理论物理学家，最先提出宇宙暴胀理论的阿兰·古斯（Alan Guth）说：“我之前以为实验结果很确定，现在情况已经改变了。”无论现在天体物理学界有着怎样怀疑和紧张的气氛，人们都只能等待2014年10月份，普朗克卫星研究小组发布它的探测数据分析结果，以对BICEP2的探测数据和分析结果进行最终的判决，这注定是科学界一个引人注目和被人铭记的大事。

( 研究人员正在检测BICEP2望远镜收集的数据 )

在南极通过BICEP2探测器进行观测的国际小组在发表了观测数据之后，很多未参与实验的天体物理学家就开始进行数据分析工作。加州伯克利大学的天体物理学家乌鲁斯·席杰克（Uro? Seljak）认为BICEP2小组做出了非常杰出的实验观测，但是他却从中得出了与实验者完全相反的结论。他认为，对这些数据的分析显示，并没有任何证据支持在宇宙中存在原初引力波的痕迹，此前发现的宇宙微波背景辐射中的“B模式”偏振（B mode Polarization）的痕迹并不存在，实际上他们几年来实验观测的数据更多显示的是银河系中存在的灰尘对于观测结果造成的影响。纽约大学和普林斯顿高等教育研究院的物理学家拉菲尔·弗劳格（Raphael Flauger）同样希望BICEP2小组的发现可以被最终确认，但是他认为，银河系尘埃对于观测数据的影响可能确实比人们此前估计的更大。

真正进行实验观测的科学家们当然不会轻易承认这样的结论。为什么对于同一组数据的解读出现了如此之大的偏差，甚至形成了对立的两派？在很大程度上，分歧来自实验者对于银河系中的尘埃对观测结果的影响所做估计的不同。宇宙微波背景辐射中可能存在微弱的偏振现象，但是这种偏振并不一定全都是由原初引力波所引起的，在宇宙空间中的尘埃，或者在观测中出现的“引力透镜”现象，都有可能使实验者们观测到这种偏振现象，这就需要对于实验中可能出现的干扰信号做一个估算。此前，利用BICEP2探测器进行观测的物理学家们在进行数据分析时，估计在宇宙微波背景辐射中的偏振现象可能其中3.5%～5%是由银河系中的尘埃引发的。在这个基础上，这组天体物理学家建立了6个不同的数学模型对于探测数据进行分析，都显示出明显的原初引力波存在的痕迹。但是这种估算是否准确？很多其他的天体物理学家显然并不认同这个数字。拉菲尔·弗劳格发现，BICEP2小组此前用来估算银河系中尘埃对于偏振影响的数据来源于欧洲航天局在一次会议中展示的其中一张幻灯片的图片，他们只是通过这张幻灯片中图片的颜色来估算其中的数值，这显然不够严谨。对此，BICEP2小组的发言人说，他们之所以这样做，是因为当时欧洲航天局并未对外发布原始数据。而根据欧洲航天局最近发布的普朗克卫星的观测数据分析，银河系中的尘埃对于观测到的偏振的影响很可能占到8%～15%左右，远远高出以前的预期！以这个数字重新分析BICEP2的数据，就没有任何原初引力波存在的迹象，实验观测与银河系中尘埃的影响相吻合。

面对这种胶着的情况，人们除了等待别无他法，地球上人们的注意力再一次集中在太空中的普朗克卫星上。普朗克卫星对于全天各个频率的宇宙微波背景辐射进行精确探测，将在2014年10月份发布数据分析结果，那时才会最终判定是否发现原初引力波存在的证据。此时人们不禁回想起在2014年3月，全世界都在为BICEP2的发现感到激动时，很多人认为普朗克卫星就是因为对于数据分析处理的速度太慢，导致错过了这一历史性的成就，被别的研究小组抢先，而此时，普朗克卫星更像是一个沉稳冷静的裁判者。

无论结局如何，这个故事都将因为其科学重要性以及曲折的进程而永远被人们记住。当科学发现变成了如同体育竞技一般的比赛，人们也许可以理解天体物理学家们急于公布结果，声明首先做出发现的急切心情，但是科学自身却永远显得冷酷无情，只接受经受了最严格检验的结果。

（本文写作参考了《自然》杂志的报道） 银河系科学物理数据分析暴胀天体物理学质疑证据