天文學家宣佈探測到了起源於138億年前創造我們宇宙的“大爆炸”的原初“引力波”的印記。這一發現被譽為科學上的一個里程碑，但其中涉及的概念對許多人來說會很陌生。這裡有一些關於引力波的常見問題解答，可以提供幫助。
BICEP2公告的意義是什麼？
科學家們將花費數年時間來揭示這一發現的後果。但一些主要的含義已經很明確了。
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阿爾伯特·愛因斯坦在近 100 年前預測了“引力波”，但他同時也計算出它們會非常微弱，以至於他認為它們永遠不會被探測到。BICEP2 的發現是引力波實際存在的*最令人信服的證據*——儘管不是直接探測。
這些波是宇宙學標準圖景的一個基石理論的確認。這個被稱為暴脹的理論認為，在宇宙存在的最初時刻，宇宙經歷了一個短暫的指數擴張時期。
在暴脹期間，宇宙的溫度——以及基本粒子達到的能量——比任何實驗室，甚至瑞士日內瓦附近的歐洲核子研究中心的大型強子對撞機所能達到的能量都要高萬億倍。
由於暴脹是一種量子現象，而引力波是經典物理學的一部分，引力波在兩者之間建立了聯絡，並且可能是引力具有與其他自然力相同的量子性質的第一個證據（參見“如何在宇宙大爆炸的痕跡中看到量子引力”）。
什麼是引力波？
根據愛因斯坦的廣義相對論，引力是質量如何使空間形狀變形的方式：在任何有質量的物體附近，空間的結構都會彎曲。但這種彎曲並不總是停留在有質量的物體附近。特別是，愛因斯坦意識到這種變形可以在整個宇宙中傳播，就像地震波在地球地殼中傳播一樣。然而，與地震波不同，引力波可以在空曠的空間中傳播——而且它們以光速傳播。
如果你能看到引力波迎面而來，你會看到它交替地拉伸和壓縮空間，在上下和左右方向（見影片）。
暴脹是唯一能產生引力波的東西嗎？
不。任何有質量並正在經歷劇烈加速的東西都應該產生它們。在實踐中，我們可能能夠直接測量的唯一引力波將是來自諸如兩個黑洞碰撞並融合為一個黑洞的災難性事件的引力波。世界各地的幾個天文臺都在試圖拾取這種黑洞合併的遙遠噪聲。
為什麼引力波不能直接測量，而只能透過射電望遠鏡探測到？
在暴脹期間產生的引力波仍然在整個宇宙中迴響。但它們現在可能太微弱而無法直接測量。相反，科學家們會尋找這些波在宇宙大爆炸後約 38 萬年瀰漫於宇宙的基本粒子湯中留下的印記，我們透過“宇宙微波背景”看到了這一點。對微波背景輻射的觀測是使用探測無線電波的望遠鏡進行的，因此引力波在背景中引起的“漣漪”只能透過射電望遠鏡探測到。
為什麼這一發現在南極被發現？
主持 BICEP2 的阿蒙森-斯科特南極站位於海拔 2,800 多米的南極冰蓋上，因此大氣稀薄。空氣也非常乾燥，這很有幫助，因為水蒸氣會阻擋微波。而且南極洲幾乎無人居住，因此不會受到手機、電視廣播以及其他電子裝置等的干擾。