2016年12月13日，中国科学院高能物理所宣布阿里原初引力波探测项目正式启动，项目组计划用5年时间，在西藏阿里建成“阿里一号”望远镜并开始科学观测，这将是世界上第一个地处北半球的原初引力波观测站，也是中国第一次启动引力波探测实验。√2014年3月17日，BICEP2项目团队的科学家曾经宣布首次观测到宇宙原初引力波的证据，2015年2月2日，BICEP2项目团队又宣布撤回他们的发现成果，对南极望远镜以及欧空局普朗克卫星获取的数据进行了重新分析之后，联合科学小组的科学家确信，2014年3月发现的原初引力波信号实际上来源于银河系内的尘埃，并非来自古老宇宙的原始引力波。2016年2月，LIGO国际合作团队宣布首次观测到两个大质量黑洞合并后发射的引力波，到目前为止，还没有一个科学机构对LIGO合作团队的发现提出实质性的质疑。发现引力波和发现原初引力波的科学价值既有相同点，也有不同点。相同的地方是引力波和原初引力波的发现都可成为支持广义相对论的有力证据，广义相对论预言的几个结论得到了天文观测的证实。一百年前，爱因斯坦预言了引力波的存在，一百年后他的预言得到LIGO合作团队的首次证实，虽然爱因斯坦没有预言原初引力波，但是，根据引力波物理学的理论，天体物理学家预测了原初引力波的存在。在2016年即将过去，2017年即将到来之际，中国科学家开启了寻找原初引力波的大幕，能够加入在科学领域只有少数科技发达国家参加的“顶级赛事”，说明我们的科学家“选手”准备好了，在科学探索的世界舞台展现中国科学的力量。

发现宇宙原初引力波能够成为宇宙暴涨理论的直接证据，揭示宇宙诞生之谜，可以帮助科学家追溯宇宙创生之初极其短暂的急剧膨胀。1981年，麻省理工学院的阿兰·古斯提出一种暴涨宇宙学模型，根据这种模型的解释，在宇宙刚刚诞生不久的热大爆炸早期，由于未知的原因，发生了一次速度无法想像的超级膨胀，通常称为暴涨，在暴涨过程中，宇宙在10的负32次方秒的时间内膨胀了至少10的20次方倍以上，暴涨结束后，宇宙开始进入普通的热膨胀阶段。暴涨理论能够解释宇宙大爆炸理论不能解释的一些难题，但是，原初引力波始终未被科学家直接探测到，现有的上百个暴涨模型仅仅停留在理论层面。BICEP2合作团队使用了南极望远镜，对宇宙微波背景辐射、或宇宙大爆炸残留的暗淡光晕进行观测，微波背景图谱显示了微小的物质密度变化，最终演变成今日宇宙的星系和星系群。宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸留下的“余烬”，实际上是一种弥漫在整个宇宙空间的微弱电磁波信号。在过去的几十年，科学家通过测量温度场的数值来测量背景辐射，一直没有测量到引力波的独特印记—B模式偏振。宇宙微波背景是一种光的形式，具有光的所有属性，当微波背景辐射被原子和电子散射时，产生极化，具有偏振性，而当原初引力波挤压经过的空间时，会在宇宙微波背景辐射中产生一个不同的信号模式，天文学家寻找的是一种被称为B模式的特殊偏振，它在古老光的偏振中代表一个扭曲或卷曲的样式，形成旋涡的特征，这种模式被认为是暴涨激发的引力波创造的印迹。

天文学家观测宇宙的主要手段是收集光子。根据标准宇宙学理论，宇宙大爆炸后大约38万年、或者40万年，光子、电子和其它粒子混在一起，相互撞击，宇宙处于馄饨的迷雾状态，光无法穿透，而引力波不同于光子的传播，它诞生在宇宙大爆炸之初，以光速传播。如果探测到原初引力波，那么意味着人们可以通过引力波一直追溯到大爆炸之后仅仅10的35次方秒的极早时刻，采用引力波物理学的方法来揭示宇宙起源的奥秘。为了探测宇宙暴胀留下的痕迹，需要一台可以辨别温度微小变化的望远镜，甚至精密到1摄氏度的百万分之一。宇宙暴胀可能会产生一些几乎无法察觉的信号，如果能够探测到这些信号，那么背景辐射中的光子B模偏振将为天文学和物理学打开一个新的世界。中国科学院高能物理正式启动“阿里计划”，计划用5年的时间，在西藏阿里建成“阿里一号”望远镜，形成观测和分析原初引力波的能力，中国科学家拟定的探测目标和方法无疑代表了当今天文学和宇宙学的最高水准。

本作者在“阿里计划”的相关材料时，注意到一种在“科学好声音”以外的“杂音”，有一种观点认为政府应当将数亿元的资金投入到其它自主创新的项目中，或者投入到改善民生、调节生态的公益事业，毕竟经济下行的压力很大，政府需要关注大学生就业和中小企业生产成本上升的负担。其实“阿里计划”的资金投入不算大，初步的预算为1.5亿，一个国家级的重大基础科学项目投入几亿人民币似乎少了点，相比较一下，最近上海的盛大网络集团为加州理工学院的生命科学组无偿提供了1亿美元的科研经费，盛大集团的老板陈天桥指定这笔经费用于脑科学研究，旨在促进人工智能的研发和应用。显然，陈天桥为“阿里计划”一类的科研项目提供1.5亿人民币的经费也是“不在话下”，我们当然不能按一些网民的建议去做，采取“道德绑架”、“真正男子汉”的那一套做法。既然宇宙起源已经被列入中国科学的“一号工程”，那么为“阿里一号”投入1.5亿人民币可以实现“投入少、见效快”的目标。不仅资金投入不是最大的难题，像陈天桥这样的优秀民营企业家用行动表达了科技投入的意愿，“见效快”也不能作为考核科研项目的主要指标。本作者能够想到的是原初引力波探测与“广义测不准原理”的关联，最大的难题应该是原初引力波探测本身，由于原初引力波的时间跨度涉及到宇宙诞生的时刻，不能不考虑广义测不准原理的影响因素。

很多科学家认为探测原初引力波是世界上最徒劳无益的事情，他们认为引力的相互作用非常弱，比电磁相互作用要小38个量级，因此强引力波信号是非常罕见的，探测它的存在会更加困难。强引力波信号的产生有三种情况：中子星、黑洞和宇宙的诞生，这些事件既是宇宙中引力最强的地方，也是广义相对论效应最明显的场合。物理学家认为，检测强场中的引力波可以验证爱因斯坦的广义相对论，强场引力波检验和弱场引力波检验有根本的区别，即使引力波非常强，传播到地球上的接收器时变得很弱，检测起来非常困难。根据30多年前阿兰·古斯提出的宇宙暴胀理论，宇宙早期经历过一次大规模的快速膨胀，“暴涨”也许遗留了特征性的光扭曲，在宇宙微波背景辐射、或“宇宙中最古老的光谱”中刻下“B模”信号，然而在过去二十多年的检测中，探测原初B模偏振一直被科学界视为“高危行业”，不投入，不会有收获；投入了，不一定有收获。任何一个科学团队在搜索原初引力波时既需要科研力量的投入，也需要耐心，但是，中国科学家可以采用“化解风险”的做法，在探测原初引力波的同时，可以设定其它的探测对象，在“主业”之外，定制”副业“，就像一些钢铁企业既“炼铁”又“养猪”一样，像暗物质和暗能量一类的科研“副业”不亚于原初引力波的科学价值，用几个亿的投入换取“一丁点”成果都是了不起的科学进展，这是在科学边缘的探索，不是“请客吃饭”和“做文章”那么容易，一些网名不该把“不耐烦”的情绪带给我们的科学家。本作者在学校时经常发现个别校领导把“不耐烦”的情绪带给教师；个别家长把“不耐烦”的情绪带给孩子，这种浮躁的情绪既不利于科学，也不利于教育。

为什么在引力波的探测中也许要考虑“广义测不准原理”的影响？这是因为引力波极其微弱，只有在类似黑洞合并等物理事件和宇宙诞生的剧烈量子涨落中，才可能产生能够被探测到的引力波。原初引力波蕴含着宇宙起源的奥秘，可以作为宇宙大爆炸和暴胀的主要证据。探测原初引力波有助于研究暴胀发生的动力学机制。既然原初引力波起源于极早期宇宙时空的量子涨落，那么探测原初引力波有助于加深科学家对量子引力的理解。建造“阿里一号”望远镜只是探测原初引力波的开始。由于原初引力波藏在宇宙微波背景辐射中，属于一种“嵌入式”的偏振信号，这些信号在137到138亿年的漫长时间中产生了“变形记”，甚至受到星系尘埃等因素的干扰，既有量子物理“狭义测不准原理”的效应，也有整个宇宙史时间跨度的影响，检验原初引力波的“存在和虚无”几乎是完成一个“不可能完成的使命”。在中国科学家加入搜索宇宙原初引力波行列的时刻，本作者和所有科学爱好者一样“举双手赞成”，既然本作者的宇宙哲学研究多少契合了一点国家科学研究战略，那么本作者今天提出一个科学命题，即：宇宙原初引力波和宇宙背景辐射中的B模信号之间存在“等效原理”。这一命题告诉人们：探测原初引力波的现有方法是间接的，探测到背景辐射中的B模信号等效于探测到宇宙的原初引力波。

（邓如山2016-12-21邮箱：[email protected]）

（Thegeneral&160;uncertaintyprincipleinthedetectionof&160;primordial&160;gravitationalwave）

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