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當尋找早期宇宙物理學的線索時，人們必須志存高遠——一個名為“蜘蛛”的球載望遠鏡陣列，計劃於今年冬天在南極洲上空翱翔，它或許能夠成功完成一項備受矚目的地面實驗未能完成的任務。
參與那項名為 BICEP2 的地面實驗的物理學家幾個月前宣佈，他們發現了原初引力波的證據——空間結構本身的漣漪，可以追溯到宇宙的最初時刻。這一發現成為了世界各地的頭條新聞。然而，經過進一步分析，他們承認他們的資料尚無定論。他們探測到的訊號很可能只是由星際塵埃引起的，而不是人們夢寐以求的引力波。參與“蜘蛛”實驗的科學家相信，他們的探測器或許能夠解決這個問題。（“蜘蛛”的六個望遠鏡賦予了這項實驗的名字。在早期的設計中，它們呈圓形展開，讓人聯想到一種六條腿的生物。設計後來有所演變，但這個名字保留了下來。）
與 BICEP2 一樣，“蜘蛛”號上的探測器將測量宇宙微波背景輻射（CMB），它是在宇宙誕生不到五十萬年時產生的。然而，在 CMB 中可能嵌入著來自更早時期的明顯訊號：宇宙暴脹的短暫時期，即宇宙在大爆炸後的最初極小一部分時間內呈指數級增長的時期。根據廣義相對論——愛因斯坦的引力理論——在暴脹時期應該釋放出大量的引力波。這些波應該會扭曲 CMB，改變單個微波的極化（也就是說，改變其組成電場和磁場的方向）；由此產生的微妙漩渦模式被稱為“B 模式”。
然而，存在一個問題。與我們銀河系的磁場對齊的微小星際塵埃顆粒，以大致相同的頻率輻射，並且可以產生類似的微波漩渦模式。地球大氣層也增加了麻煩，因為它會降低兩種訊號的質量，以至於很難區分它們。“蜘蛛”大約有一輛大型 SUV 的大小，旨在克服這一困難。它將由一個巨大的氦氣球攜帶升入平流層。加州理工學院的物理學家傑弗裡·菲利皮尼解釋說，在這樣的高度進行觀測“可以極大地提高靈敏度”，他是負責設計“蜘蛛”微波接收器的團隊負責人。“在空中飛行一天相當於在地面上觀測一個月。”
“蜘蛛”還具有第二個優勢。BICEP2 僅在一個頻率下測量 CMB，而“蜘蛛”將在兩個頻率下收集資料——菲利皮尼說，這兩個訊號的比率也有助於區分塵埃的影響和可能的引力波印記。
加州理工學院是來自美國、英國、加拿大和南非的十幾家機構之一，它們正在合作開展“蜘蛛”專案，該專案計劃於 12 月下旬進行飛行。許多現在參與“蜘蛛”專案的研究人員，包括菲利皮尼，也是 BICEP2 合作專案的成員。
事實上，“蜘蛛”和 BICEP2 只是眾多實驗中的兩個，其中一些正在執行，一些正在規劃階段，它們將在未來幾個月加入尋找原初引力波的行列，包括南極望遠鏡和阿塔卡瑪宇宙學望遠鏡。來自普朗克航天器的資料，它已經測量了整個天空中的塵埃量，對於幫助校準其他覆蓋較小天空區域的研究也至關重要。與此同時，使用位於智利的 POLARBEAR 望遠鏡陣列的物理學家最近宣佈，他們已經在 CMB 中發現了 B 模式極化。然而，這些 B 模式被認為不是引力波的產物，而是另一種稱為引力透鏡現象的產物——由於星系團等介入物質對 CMB 的扭曲，其引力可以將微波拉入 B 模式漩渦。POLARBEAR 可能會提供關於宇宙中最早形成的結構的寶貴資訊，但它的設計目的不是探測暴脹時期。
宇宙暴脹理論於 20 世紀 80 年代初提出，目前是解釋時間開端時微小的量子漲落如何被放大成構成今天宇宙的巨大結構的主導理論。量子噪聲也應該印刻在暴脹產生的引力波上，而這些波也應該被放大到宇宙尺度。正如 CMB 可以被認為是宇宙大爆炸的回聲一樣，這些引力波可以被解讀為暴脹帶來的快速膨脹的引力回聲。菲利皮尼說，如果“蜘蛛”在 CMB 中探測到引力波訊號，它將被視為“暴脹圖景的非常強有力的證據”。另一方面，未能探測到引力波可能不會排除暴脹理論，因為該理論非常靈活。“理論家們很聰明，無論我們觀察到什麼，我相信都會有多種解釋，”他說。