2014年3月17日，哈佛－史密松天体物理研究中心的菲利普报告厅内坐无虚席，成千上万的天文学家和公众通过网络直播焦急地等待着，等待着见证观测宇宙学又一个划时代的发现。中午12点整，项目负责人之一、我曾经的博士导师约翰·科瓦克（John Kovac）开始介绍首次发现的原初引力波信号的观测结果，以及专门设计建造的核心探测装置：第二代BICEP南极望远镜。

位于南极极点附近的第二代BICEP望远镜（右侧建筑楼顶的碗状物），捕捉到了宇宙诞生后最初瞬间留下的印迹。图片来源：Keith Vanderlinde/Handout/Reuters

不得不说，这是一个历史性的时刻。在不到一天的时间里，全球超过350万人尝试登陆哈佛网络直播平台，希望第一时间得知新闻发布会的细节，以至于哈佛完善的网络平台彻底崩溃——我想很少有一个科学发布会会引起几乎整个科学界甚至公众的震撼。作为宇宙中稀有的智慧生命的我们，窥探到了宇宙诞生后最初的一瞬间留给后人的信息——请相信我，作为智慧生命的种群，生活在这样的一个宇宙中，真的是一件非常幸福，更是幸运的事情。

就在新闻发布会的大约一周前，美国麻省理工学院教授阿兰·古斯（Alan Guth）收到一封电子邮件。内容大概是这样的：“尊敬的古斯教授，我们发现了一件有趣的事情，这个发现跟我的研究和你的研究都有关系。但是我还不能告诉你具体是什么内容。我希望能够尽快拜访你——这件事还是稍微有那么一点着急的，期盼你的回复。另外，出于保密的原因，请不要跟任何人提起我跟你联系见面这件事情，谢谢。”邮件的落款人，正是哈佛大学的约翰·科瓦克。

看到这封邮件，阿兰立刻猜到了可能会是什么事情。这是他盼望了30多年的一个信号，一个来自于宇宙诞生时候的关键信号。他在1980年提出过一个关于宇宙诞生时期的理论，而那个信号正是这一理论的关键预言！不过，在这个时候，快70岁的阿兰还没有想象的那么兴奋。

实际上，人们试图寻找这个信号已有多年时间，就算这个叫科瓦克的家伙声称看到了什么，估计也是那种好像“有点东西”，但又不那么确定的结果。就像两年前欧洲核子中心（CERN）发现希格斯粒子那样，最先他们看到的也只是一个3个sigma左右的信号。这是科学家用来判定结果在统计上是否靠谱的一种说法。用听得懂的中文来说，就是这个结果仍有千分之几的概率可能是错的。虽然听起来这已经是一个很小的数字，但其实科学史上出现过很多“号称”只有千分之几会错的东西，后来都证明是错的。人们往往会过于自信地估计他们寻找到的信号的真实性。所以，对于这种往往雷声大雨点小的信号，“久经考验”的阿兰已经习惯了。

见面被安排在第二天，麻省理工学院物理系古斯的办公室。出于保密的原因，穿着低调的科瓦克悄悄地进入物理系侧门，被人带到古斯办公室的后门。如果被人们看到行事低调、不常到麻省理工学院的科瓦克专程来找古斯，聪明的圈内人几乎都能猜到原因——他不希望泄露任何蛛丝马迹。科瓦克掏出他们准备发表的几近完成论文的样稿，古斯当时就惊呆了。

是的，这跟他当初想象的完全不一样，这不是一个3个sigma的信号，而是超过5个sigma——这意味着，统计上出错的概率只有大约千万分之一。按照传统的物理学发现的统计标准，“这就是一个发现，一个大发现！”阿兰激动万分，很长时间后才稍稍平静下来，开始询问科瓦克研究的细节。然后，他们开始商量如何把这个惊天的大发现公诸于世。

这就是后来科瓦克在新闻发布会上公布的结果：他们探测到了来自宇宙极早期暴胀过程产生的、宇宙微波背景辐射特殊的B模式极化信号。这个信号名字有点长，我们不妨简单称之为“B模式”。这是宇宙早期引力波存在的直接证据，是暴胀理论的关键性预言，其意义与发现宇宙加速膨胀一样具有里程碑式的意义！

3月17日，美国哈佛－史密松天体物理中心召开新闻发布会，约翰·科瓦克（右1）宣布，他们探测到了来自宇宙极早期暴胀过程产生的、宇宙微波背景辐射特殊的B模式极化信号。图中科学家从右向左，依次为约翰·科瓦克、郭兆林（Chao-Lin Kuo）、杰米·博克（Jamie Bock）和克莱姆·派克（Clem Pryke）。图片来源：哈佛－史密松天体物理中心

那么，这个B模式信号到底是什么呢？让我们从宇宙微波背景辐射和宇宙暴胀理论谈起。

让我们想象自己是两千年前的哲学家，开始思考并询问自己这样的问题：我们存在的世界是如何起源的？我们从何处来？又向何处去？关于后者的回答，我想大概会贯穿人类未来文明的发展，而对于前者的追溯，考古学式的研究模式让我们总有机会对宇宙过去发生的事情说点什么——尤其是宇宙诞生之初，那实实在在的一瞬。

今天我们对宇宙最基本的认识就是，宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。看过《生活大爆炸》片头的人都知道：我们整个宇宙诞生之初温度密度极高，随着不断地膨胀，宇宙慢慢地冷却。

在最初的大约38万年中，宇宙的平均温度在几万度以上，宇宙的主要组分——质子和电子，一直处于游离状态，没有形成氢原子。因为它们一旦结合成氢原子，马上就会被周围处在“热汤”中的高能光子打散。这样专门拆散别人结合的光子有很多，多到每一对质子电子周围就有几十亿个光子等着要拆散他们。所以很不幸，在漫长的数十万年中，质子和无数电子相见，却一直不能相聚。

然而，情况在宇宙年龄到了38万年的时候发生了本质性的改变。此时，宇宙的平均温度已经降到足够低，几十亿个光子中拥有足够能量去拆散一对质子电子的数目已经所剩无几。同时，随着宇宙密度的下降，光子能够撞到电子的概率也变得微乎其微。这些为数众多的光子突然变成了无关紧要的背景，此后几乎不再被宇宙中发生的任何事情所影响。

这些光子在宇宙中孤独穿行，携带着宇宙创生之初的关键信息——就像给大爆炸后38万年的宇宙拍了一张快照。随着宇宙的膨胀，它们的能量越来越低。直至今天，等效的辐射温度降到大约零下270℃，正好对应于我们熟知的微波波段。这些光子，被人们称为宇宙微波背景辐射。

可以说，上世纪60年代宇宙微波背景辐射的发现，是现代宇宙学开启的标志。它的发现证实了宇宙大爆炸理论，从此整个宇宙诞生以来的所有细节，变成了一门严肃的学科，被认真地研究和讨论。然而，也正是宇宙微波背景辐射，对大爆炸理论本身提出了一道难题。

我们知道，光速是宇宙中信息传递的极致，两个时空点之间如果连光都无法企及，那这两点发生的任何事情，都应该没有关联才对——因为双方都无法知道对方是什么状况。那么，在宇宙诞生38万年的时候，光一共能跑多远呢？直观一些讲，把这个距离投影在天空中，张角不过1°左右——只有两个满月并排起来那么宽。这样，问题就来了。从天空各个方向看到宇宙微波背景辐射，原则上可以千差万别，因为它们之间本该来不及传递任何信息才对。为什么我们实际观测的结果却是各个方向惊人地相同呢？这就是所谓的“视界困难”。

正是为了解决这一难题，前面提到的阿兰·古斯在1980年提出了这样一种可能性：在宇宙诞生最初的时刻，时空发生过一次急速膨胀的过程——这便是暴胀理论。更具体地说，现在人们普遍认为，宇宙大爆炸之后的一瞬间，时空在不到10^-34秒的时间里迅速膨胀了10⁷⁸倍（我就不用多少个亿来表达这两个数字有多极端了）。时空在这种暴胀发生之前是有信息交流的——即便后来被暴胀拉开很远。于是，看到一致的微波背景信号也就不足为奇了。

1980年率先提出宇宙暴胀理论的阿兰·古斯。图片来源：Donna Coveney，麻省理工学院

有趣的是，暴胀理论还可以解释另一件一直让人们困惑的事情。多种不同的宇宙学测量告诉我们，今天我们身处的宇宙时空是平直的——换句话说，时空就像是拉平的一张床单。乍一看，这似乎没什么大不了。但稍微做一些不太复杂的计算，人们很快就认识到，要想保证今天宇宙时空大致平坦的话，宇宙诞生之初的时空就必须平坦到一个令人发指的地步才行。宇宙要么在诞生之初被“非常精细的微调”，不然非平坦性很容易在宇宙演化的过程中被不断放大。这被称之为“平直性困难”。

当然，我们可以要求宇宙非常严格地做到了精确平坦，这跟任何基础物理学都不矛盾。但是物理学家不喜欢这种“不自然”的事情，总觉得应该有一些未知的规律促成了这些“奇怪”的要求。你或许已经猜到了——暴胀理论的出现正好解决了这个问题！不论暴胀之前宇宙时空是不是平坦的——哪怕它长得奇形怪状，在时空被瞬时拉大一亿亿亿亿亿亿亿亿亿倍的时候，原来的样子你是肯定看不出来了。暴胀理论预言：宇宙的时空不仅应该是平直的，而且应该是精确平直的！今天的天文学观测告诉我们，宇宙时空的形状与完全平直之间的偏差，不超过千分之几。

暴胀过程的副产品也极其有趣：人们之前一直想不明白，各向同性均匀的大爆炸，怎么就产生了宇宙中如此丰富的结构？暴胀理论的回答是，急速的暴胀把量子尺度的微观扰动迅速拉大到宏观尺度，变成不可逆的密度涨落。这些涨落成为宇宙结构形成的关键“种子”。在引力的相互作用下，密度高的地方逐渐聚集了更多的物质，宇宙由此演化出星系、恒星、行星等结构，以及在一颗暗淡的行星上奔波的我们。

虽然暴胀的概念被提出了30多年，这个神奇得甚至有点离奇而不可想象的过程是否真的发生过，依然是一个谜团。人们找不到太多可以不采用这种假说去解释观测的办法，但也没有找到直接证据让人们确信，在宇宙诞生的极早期，真的存在过这么一段所谓的暴胀时期。我们对宇宙的理解，缺失了这段极其重要的信息。

原初引力波与B模式极化信号

幸运的是，在众多的理论模型中，相当多数预言了在这个暴胀时期，时空的扰动会留下一些蛛丝马迹。根据爱因斯坦100年前天才创造的广义相对论，暴胀的时空扰动会产生特征性很强的引力波。因为这种引力波产生于宇宙诞生之初，人们给它起名叫——原初引力波。

宇宙暴胀理论认为，在大爆炸后极短的一瞬间，宇宙经历了一场超快速膨胀。这一过程产生的原初引力波会在后来产生的宇宙微波背景辐射中留下可以探测的印迹。图片来源：www.physicsworld.org

这些暴胀理论有一个最基本的假设，那就是我们对量子理论和引力理论的了解有足够的自信。想象一下，爱因斯坦和量子论的先贤们几乎凭空把玩出来的漂亮理论，尽管经历了地球上近百年实验的检验，但要把它们一下子推到整个宇宙诞生的一瞬间，认为在那种极端环境下它们也仍然成立。不得不说，这是一个相当相当大胆的假设。果真如此的话，我不知道爱因斯坦假如还活着会是怎样的心情——他大概会写出更美丽的诗句，赞美宇宙的不可思议。

如果真能探测到如理论预言般的原初引力波，我们就对基础物理学中两个极其重要的理论，提供了关键性的支持。其一是爱因斯坦广义相对论所预言的引力波，而且来自于宇宙创世的瞬间！其二则是暴胀理论，这或许是宇宙演化历史中最不可思议的一瞬。同时人类将拥有一个新的强大的手段，去研究地球上的粒子加速器实验（比如著名的欧洲核子中心耗资百亿欧元的大型强子对撞机）无法企及的能量。由引力波强度决定的暴胀理论所发生的时刻，将是一个前所未知的物理学崭新的领域。

好吧，理论家说有可能存在原初引力波的信号，那么又该如何去观测呢？引力波作为一种扰动形式，会影响微波背景辐射的温度涨落。你可以把它想象成水面上的一个波对另一个波产生干扰，但是由于影响很弱，只有10%左右，不容易跟其他信号区分开来。于是，人们把目光投向了微波背景辐射的所谓偏振信号，也就是极化信号。要想更好地理解光子极化这个概念，在我丢失太多读者之前，请允许我作一个不太恰当的比喻。

想象一下我们分手的时候（不要告诉我你没有分手过，那我会羡慕死你的），你不会在说完最后一句话后，随机向任意方向离开你的前男友（或者前女友）。没错，大多数人都会选择180°转身离开。如果统计足够多的分手事例，你可以画出“分手路径空间分布图”。你会发现180°离开的人，概率是最大的（我想大概没有人真会无聊到去作这样的统计，不过为什么不呢）。也就是说，空间分布的各向同性被打破了，这就是极化——对方向出现了某种偏好。

还记得我们之前讲到的专门拆散人家质子和电子的那些讨厌的光子吗？一样的道理，它们最后一次跟电子碰撞之后也会携带电子传递给它的方向特性，这个极化信号穿过茫茫宇宙最终被南极的BICEP望远镜观测到。众多的光子与电子碰撞以后集体展现出来的这种方向选择性，可以用两个物理量描述：E模式极化和B模式极化。人们发现，B模式在足够大的空间尺度上，只能通过原初引力波产生！于是，事情听起来似乎变得很简单：只要建造最好的望远镜，但凡看到这种特殊模式的信号——B模式极化信号，就能证明原初引力波的存在！

而这正是约翰·科瓦克和他的伙伴们10多年来一直拼命在做的事情。

约翰·科瓦克和他在南极极点附近建造的BICEP望远镜（科瓦克身后右手左下方建筑物顶上的碗状物）。图片来源：哈佛－史密松天体物理中心

说到这里，不妨先介绍一下我曾经的博士导师约翰·科瓦克。我第一次见到科瓦克是在2008年的初夏。当时哈佛天文系有新的教职空缺，几百位申请人最终有5位候选人被允许来学校面试，约翰便是其中一位。第一眼看到他，我只觉得这个人一点架子都没有，年轻帅气健谈，更像一个拖了许久没有毕业的博士生。

面试项目众多，其中一项是在几乎所有在职教授挑剔的眼光中，讲解自己的研究。约翰的演讲非常成功。当时我还在哈佛大学读研究生，主要研究B模式探测的理论和实验模拟，听懂他的报告毫无问题。报告一结束，我就找到约翰打招呼，介绍我的工作。没想到我们聊得太起劲，不小心耽误了他之后的面试程序。这让我很是不好意思，于是到处拉拢小伙伴跟我一起支持约翰来哈佛任教——因为哈佛大学的教授选拔制度较为开明，研究生们对教授候选人的评价也是重要的考核标准。

最后，印象中约翰在5位候选人中排名第3。不过好在排名前两位的人后来都没有接受哈佛大学的教职邀请。终于，约翰于2008年秋天来到哈佛，正式打造哈佛宇宙微波背景研究团队。我也很自然地成为入住约翰崭新而空旷的实验室的第一人，有机会开始跟他合作B模式探测的南极实验。

事实上，约翰从1992年起，每一年就都要去南极，建设宇宙微波背景辐射探测装置。今年他已经是第23次在南极的极昼期间奔赴地球之极了。南极的极昼是北半球的冬天。20多年，他几乎没怎么和妻子家人一起过过圣诞节。对于西方人，尤其是基督教徒来说，这就像我们几十年都不回家过年一样。

幸运的是，宇宙对约翰很公平。2002年，身为研究生的他成功地在当时最先进的微波背景辐射卫星——威尔金森探测器（WMAP）得到结果之前，用设在南极极点的DASI望远镜，率先测量到了另一种宇宙微波背景辐射极化信号——跟B模式对应的，称为E模式。他的这篇博士论文，最终作为封面文章，发表在了《自然》杂志上。《自然》杂志为了发表这篇论文，还特例打破对文章篇幅的限制。因为约翰对《自然》的编辑说，“如果你不让我全文刊登，我就要换杂志了。”可以说，在博士研究生毕业的时候，约翰就已经站到了宇宙微波背景辐射研究领域的最前沿。

也正是在2002年左右，约翰组建了一个20人左右的团队，提议在南极的极点附近建设一台名为“BICEP”的望远镜。BICEP的英文全拼大概可以翻译为“宇宙泛星系偏震背景成像”。这是世界上首次专门针对搜寻原初引力波产生的B模式信号而建造的探测装置。由于投资相对较小，科学目标又非常重要，BICEP项目很快就得到了批准。

为什么要把BICEP千里迢迢运到南极去观测？

美国空军一架LC-130运输机起飞途中飞越设在南极极点附近的望远镜。图中从左到右的望远镜依次是南极望远镜、BICEP2望远镜和凯克阵望远镜。图片来源：Steffen Richter，哈佛大学

考虑到宇宙微波背景辐射的信号特征，以及来自天空中其他辐射源的影响，1000－3000亿赫兹的频率是最佳的观测窗口，这比我们平常听的调频广播频率要高几千倍。不幸的是，这个波段的电磁波会被大气中的水蒸气吸收，同时水蒸气也会发射大量类似频率的信号，极大地影响观测。

因此，观测宇宙微波背景辐射的望远镜，往往被搭建在极为干燥的地点，比如智利阿塔卡马沙漠的高山之巅，再比如寒冷刺骨的南极高原。虽然南极被厚厚的冰层覆盖，但寒冷的温度让南极大气中的水蒸气含量极低。当然不考虑成本的话，也可以把探测器发射到太空中，比如美国航空航天局于2001年发射的威尔金森探测器，以及欧洲空间局于2009年发射的普朗克卫星（Planck）。

可是，南极极点不是任何时候都可以去的。2013年美国国家地理网站公布了世界上7座环境最极端的机场，排名第一的就是南极洲冰跑道。在这些机场起降不仅需要出色的驾驶技术，同时也需要过人的胆量和勇气。

BICEP的人员和工程装备，都要由美国空军的C-130运输机运抵南极洲罗斯岛的美国麦克默多科考站。这里的海冰机场可以说是最让人恐惧的机场之一，即使在条件最好的情况下，这种简易机场也处于不稳定状态，给起降带来不小难度。为麦克默多站运送物资补给的飞机一般在南极极昼刚刚开始的时候使用，此时的天气环境比较适于飞机起降。如果海冰开始变得脆弱，这个机场将停用，而改用罗斯冰架上的另一条冰跑道起降。有时要抵达南极极点或者回来，需要花上一周的时间。

科学家会在每年南极的夏天极昼期间来到南极极点，为BICEP望远镜加注大量的液氦。图为物理学家乔恩·考夫曼（Jon Kaufman）正为BICEP2加注液氦。图片来源：Jeffrey

尽管条件艰苦，BICEP项目经过紧张的准备，于2005年南极的夏天正式建造，到2006年就开始采集科学数据。由于条件有限，只有在每年南极极昼期间大约3个月的时间里，我们有机会运送给养，修复或者升级BICEP望远镜。这个时候我们会暂停观测，进行紧张的工程建设——比如加注大量的液氦，把整个望远镜都冷却到-270℃附近，来降低探测时的噪音。

在剩下的部分极昼以及整个极夜期间，BICEP会对一个特定的天区进行不间断观测，积累最长的曝光时间，提高探测数据的灵敏度。而在极夜到来之前，绝大多数BICEP成员都会撤出南极。事实上，只有一个人会留下来，我们把这个人叫做“过冬的人”（winterover），望远镜在整个极夜期间的运行和维护都由他来负责。这个岗位很艰苦，不仅任务艰巨，而且6个月见不到太阳的日子可不好过，因为屋子里是寂寞和孤独，屋子外面就是地球之极的黑暗和冰冻。

在下面的图里，左面房顶的“大锅”里是BICEP望远镜，右边的大家伙是直径10米的“南极望远镜”，目标都是对宇宙微波背景辐射进行最为缜密的测量。BICEP的大锅看起来大，其实它的作用只是遮挡来自地表的各种辐射干扰。真正的望远镜口径只有26厘米，大概还没有你的笔记本电脑大。安装在BICEP上的第一代仪器，从2006年观测到2009年。此后升级的第二代仪器BICEP2，观测效率由于探测器技术上的突飞猛进，一下子提高了近10倍！BICEP2于2008年底运抵南极观测站，从2009年运行到了2012年。

设在南极点附近的BICEP望远镜和南极望远镜。图片来源：哈佛大学

2008年加入约翰的研究团队之后，我主要负责处理分析第一代BICEP望远镜收集的数据。其间大概画了几千个图，做了各种分析手段的尝试和改进，大量的时间是艰难而沉闷的，因为总会有意想不到的困难出现，而你必须找到有效的解决方案，不然就会影响数据分析的可靠性，以及团队的整体进展。对分析结果的检验更是要进行各种严格而繁冗的检查，2009年就收集完成的第一代实验数据，为了配合BICEP的各项数据分析技术测试和交叉检验等要求，直到2013年10月才公布了分析结果，发表了最终的科学论文——这是此次新闻发布会之前，对宇宙原初引力波得到的最好结果。

说实话，对第一代实验的数据分析，本该是我博士论文的题目。但论文发表时，已经是我在麻省理工学院做博士后研究的第二年了。不过，也正是由于我们在BICEP1的数据分析技术上做了非常充分的准备，对软件和观测仪器的理解精益求精，才使得我们对升级后的BICEP2采集的数据能够进行迅速可靠的科学分析。2013年春天，就在BICEP2完成数据采集的第二年，合作组已经得出了初步的分析结果——当时小伙伴们都惊呆了，这是一个非零的B模式信号！！

随之而来的，不是兴奋和欣喜，更多的其实是担心。我们真的探测到原初引力波的信号了吗？还是说，我们有哪里做错了？因为几乎谁都没有想到，B模式信号会被第二代BICEP实验看到，这个信号还比理论学家或者说绝大部分人的猜测都要大。BICEP2使用了当时世界上最先进的探测手段，一切都是新的，经验不多。事实上，对仪器性能的理解一直是困扰整个研究团队进展的关键瓶颈。尽管已经把所有精力都花在对仪器可能产生的影响上，面对一个出乎意料的信号，我们的心里还是在打鼓。在详尽地检查所有可能的错误之前，谁也不敢贸然站出来宣称如此重大的发现。

按照通常的科学发现习惯，只有一个结果得到真正地重复和确认之后，人们才会放心地把它作为文明的一部分继承和发展下去。科学或许是最不允许出错的文明积累过程，公布错误的不严谨的科学发现，也会让一个科学家失去很大的信誉，甚至成为耻辱。科学史上不止一次出现过乌龙式的“发现”，最近一次大概要属几年前意大利人的中微子超光速。被证实是仪器连接错误之后，项目负责人据说最终引咎辞职。

好吧，我们要冷静下来，好好检查一下到底哪里会出问题？首要的问题就是，研究积累的数据之间是否相互一致。比如说，把3年的数据分成两份，分别分析每一份，看得到的结果是否一致。另外，还要保证测量的结果的确是我们想测量的原初引力波信号。测量如此微弱的信号，需要极其小心地避免各种可能的、来自测量过程的影响…… 压制着内心的那份激动，紧张而谨慎的数据分析和研究又进行了一年。

“直到我们首次将BICEP2的信号与BICEP1的信号进行比对，两者都检测到了同样的信号，”就像约翰·科瓦克在接受《自然》杂志采访的时候说的，“这是非常有力的证据，因为与BICEP2相比，BICEP1采用的探测器非常不同，使用的技术也完全不同。这就让怀疑的空间大大减小了。终于，我们组内的最后一点质疑也被打消了。”是的，跟BICEP1的对比分析让合作组充满信心，认定看到的就是真正的、来自宇宙最早期的“声音”！

至此，继率先发现E模式极化信号之后，南极的太阳十次东升西落，见证了一群南极极点逐梦人的圆梦时刻——每个宇宙微波背景辐射的猎手都梦寐以求而不得染指的B模式信号，被科瓦克领导的团队发现。他一个人，成为了微波背景辐射极化信号两种模式的发现人和领导者，可谓功德圆满。

在南极观测站负责维护和升级BICEP望远镜及凯克阵望远镜的部分团队成员的合影。图片来源：Jeffrey Donenfeld

尽管在寻找B模式信号的竞赛中，BICEP2走在了最前面，但我要说的是，探索宇宙是人类的梦想，许多人在为之付出生活的全部，尽管他们中的绝大多数人，你永远都不会听说。其他研究小组也在地球上最好的观测点建造各种望远镜，试图寻找这个微弱的信号——包括南极大陆和智利高原，还有欧洲空间局代价昂贵许多的普朗克卫星。

按照现在的计划，普朗克卫星将于2014年10月公布对B模式极化信号的探测结果，普朗克研究团队的同事们都在努力让普朗克的最终结果早日出炉。其他几个地面的观测实验也将大约在1年后得到独立的结果。所有这些实验都在紧锣密鼓地进行着，因为这个发现实在是太重要了，每个人都在持怀疑的态度对待这个革命性的进展。不同的声音也在发布会之后慢慢在科学界产生，BICEP2真的看到了宇宙诞生之初的信号吗？所有人都在等待普朗克以及其他望远镜的结果，他们会验证BICEP2的发现吗？不久的将来我们就会得到确切的答案。也期待着不久之后我们会最终自信地补上了大爆炸宇宙学这项人类最伟大智慧成就之一的最后一片缺失的拼图——宇宙暴胀。在不久的将来，我们将在宇宙纪年表的开头填上这样一笔：在大爆炸创世后的一瞬间，宇宙曾经急速膨胀。

2014 年是个有趣的年份——爱因斯坦诞辰135周年，这位科学巨人在一个世纪前提出了惊人的广义相对论，我们开始理解这个宇宙的运行方式。同时，整整50年前的1964年，贝尔实验室的两位科学家兼工程师发现了宇宙微波背景辐射，人们开始窥探宇宙婴儿时期的模样。

BICEP2实验中发现的微小的涡旋涨落，这是原初引力波在微波背景辐射中留下的印迹。图片来源：哈佛－史密松天体物理中心

在哈佛－史密松天体物理研究中心一个多月前举办的纪念仪式上，阿兰·古斯和宇宙微波背景的发现人之一罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）曾经畅谈自己对宇宙学的贡献，以及对未来宇宙学研究的期望。

那时科瓦克坐在大厅的一个不起眼的角落里。可能他无数次地望向阿兰，可那个时候的阿兰还不知道，坐在自己不远处的科瓦克，心里藏着一个多么让人兴奋的秘密，会给他执著了半生关于宇宙诞生的故事提供一个完美的答案。

回顾历史，古斯和威尔逊最重要的贡献都是在自己30多岁的时候做出的。他们享受着宇宙带给人类的惊讶，他们的发现和研究也被后人传承和发展。这就是站在地球上的我们，延续着的文明，对宇宙的理解。

记得爱因斯坦说过，宇宙中最不可理解的事情就是宇宙是可以被理解的。观测宇宙学反复的膨胀着人类认知宇宙的坚定信念和超乎想象的心智与技能。从仰望星空的一瞬间开始，我们就注定被感动，也注定不会停下脚步。无论直接或间接的参与其中，每个人，都生活在这苍穹之下，每个人，都有仰望星空的权利。

可能有人会说，宇宙学的黄金时代已经过去。但在3月17号，我的微博被原初引力波信号的报道刷屏了，大家都在疯狂地谈论着。这是一个值得纪念的日子。BICEP的观测结果告诉我们，宇宙总是充满惊叹，这也是她的魅力所在。我们正在经历着人类认知宇宙的革命性时代，我们在了解过去的先贤不曾认识的宇宙，我们真的很幸运。我想，爱因斯坦也会惊讶我们对宇宙的认知可以前进到大爆炸后的那么一瞬。无论多少次想，你都会觉得不可思议，真的不可思议。

出席3月17日新闻发布会的科学家，从右往左依次是阿兰·古斯、安德烈·林德、郭兆林、约翰·科瓦克、罗伯特·威尔逊、杰米·博克和克莱姆·派克。如果这一发现得到其他实验的证实，这些科学家中将出现好几位诺贝尔奖得主。（罗伯特·威尔逊已于1978年因为发现宇宙微波背景而获得过诺贝尔物理学奖。）图片来源：Rick

得益于BICEP系列试验最终发现了原初引力波留下的印迹，古斯在30多年前提出的宇宙暴胀假说，终于获得了直接证据的支持。或许在不久之后，阿兰和约翰，或许还有斯坦福大学的教授安德烈·林德（Andrei Linde），会因此获得诺贝尔物理学奖，以表彰他们对宇宙学里程碑式的贡献。我期待着若干年后，我们再来回顾人类对宇宙的认知历程的时候，发生在这里的人和事会被想起，仰望星空的感动会被后来者传承。

最后，按照BICEP组的惯例，我将此文献给加州理工学院已故的天体物理学家、前数学物理天文学部主任安德鲁·朗吉（Andrew Lange）。他在2010年由于抑郁症自杀身亡。他领导的宇宙微波背景气球实验BOOMRANG，率先证实了宇宙的时空是平直的。他生前曾经指导过很多后来从事宇宙微波背景实验研究的重量级学者，其中就包括约翰·科瓦克。我希望朗吉能知道，搜寻B模式极化的信号不像他总开玩笑说的那样，是“宇宙中最大的徒劳无益之事”。我们看到了这个信号，希望他也能。（编辑：Steed）

本文作者苏萌，为美国麻省理工学院/哈佛－史密松天体物理中心研究员，曾经参与发现银河系银盘上下两侧的巨型费米气泡结构，并因此获得2014年美国天文学会颁发的高能天体物理布鲁诺·罗西奖（Bruno Rossi Prize）。他也是此次宣布发现原初引力波产生的宇宙微波背景极化信号的BICEP团队成员。

2003年10月15日早上06：00，酒泉卫星发射中心的一枚火箭已经加注了430吨 水 洗煤 高能氢氧燃料，引弓待发。

这巨型炸弹的上方50米处，有一个平台。现在上面只剩了4个人：杨利伟，一个教员、一个工程师、一个医生。

火箭的顶端是神舟五号飞船。杨利伟即将进入飞船座舱，开始中国第一次载人航天飞行任务。

他们站在50米高的空中，等待着最后时刻的来临。——按照程序，要再等15分钟才能进入。

几个人沉默无语，都没话说。

不久前，杨利伟的父母妻儿、同事们、航天城的男女老少都来给他壮行。四处是鲜花、鼓乐、欢呼声。

父母问他冷不冷，之后还想说些其他的，却没有再开口。儿子拉着他手，让他早点回来一起打游戏。

前一晚，他拿起闹钟，对妻子说：

平时都是我调表。我走了你也不会调。我教教你吧。

说得很随意，其实是想了很久才说的。

妻子听出了言外之意，一把抢过闹钟：

不，我等你回来给我调。

所有人，都绕开了最敏感的那个话题：

对他们要干的这回事来说，2003年是非常不吉利的一年。

巴西火箭爆炸，21人丧生；俄罗斯飞船着陆时发生故障，偏离预定地点400公里；美国哥伦比亚号航天飞机爆炸，7人遇难，——上面还搭载了来自6个国家的实验项目，包括中国学生设计的“蚕在太空吐丝结茧”实验。

现在，杨利伟站在高空，等待15分钟后进入飞船的指令。

气氛凝滞了，耳边只有寒冷的风声。平静、精确到分秒的流程背后，是紧绷的神经。他第一次觉得15分钟这么长、这么难熬。

负责关闭舱门的工程师决定打破沉默。

他想讲一个笑话，帮杨利伟放松心情。他问：

你知不知道，当年给人类第一个宇航员加加林关舱门的那个苏联工程师如今在干什么？现在是俄罗斯航天博物馆的馆长。

6点15分，指挥中心的命令终于来了：宇航员进舱。之后，工程师从外面锁上了舱门，对杨利伟说：利伟，明天见！

之后，顺利点火，火箭升空了。

飞到30多公里高度的时候，火箭、飞船发生了剧烈的抖动。

抖动导致人体的共振，五脏六腑都非常难受。这个痛苦的过程持续了26秒。但，录像机传回的画面是静止的、定格的，大家以为杨利伟出事了。

直到整流罩打开之后，强烈刺眼的阳光突然照进来，他忍不住眨了眨眼睛。监测人员看到他动了，大喊：

指挥中心沸腾了。有几个白发苍苍的老专家搂在一起，泪流满面。

火箭的故乡——中国，拥有了独立把人类送上太空的能力。

返回地球18年之后，杨利伟写的一篇回忆文字入选了初中语文课本，名叫《太空一日》。

今天，我们选取中、美、俄三国的各一位宇航员为样本，来为你解密这群用万里挑一都不足一形容的人。

宇航员的真实生活，到底是什么样子？

他们要经过怎样的选拔和培训，彼此之间有什么样的竞争与情谊，要承受多大的身体和精神压力？

以及，到底隐藏着多少常人不知道的秘密？

有些可能跟你想的完全不一样，有些可能超出你的心理承受能力。

杨利伟小时候有恐高症，他连4米高的棚子都不敢爬上去。

父母为了锻炼他的胆量，带他爬山、游泳、爬树。后来，他徒手能爬上30米高的松树。这个天生胆子不大的人，后来却多次选择了最危险的选项。

高中时，他通过了空军招飞体检和考试，成长为战斗机飞行员。33岁那年，空军选拔宇航员，从全军符合条件的1500个飞行员中筛选出14个人，成立了中国人民解放军航天员大队。

这14位中国第一批宇航员，就此开始了严酷的培训。

其中一门至关重要的知识是：

是因为，宇航员同样需要研究上升、下降吗？

学习天文知识，对宇航员来说是十分必要的。因为飞船一旦出现故障，宇航员必须用肉眼识天象，通过星星的位置判断自己的方位。

后来，这批宇航员都养成了一个习惯：将星座和每个人联系起来。

一说谁是什么星座的，他们那心里就会立即反应过来是哪个月份、这个星座的位置在天空哪一块……

你只能从12个星座里选，而他们能掌握88个。圣斗士都集全了。

他们要在5年内，学整整58门课程。涉及多个学科和技术，比如空气动力学、微积分、天文、气象、电子电工、自动化控制、火箭和燃料等知识、科技英语、解剖、跳伞、野外生存……

杨利伟的起点，只是空军军校里的大专文化水平。同一批学员中，不乏学历高的、年轻的甚至双学士。但是最终，他的5年总评成绩是第1名。

后来，他回忆多年熬夜学习、艰苦训练的经历，说了这么一句话：

我们用了五年多的时间，等于重上了一次大学，而且就其深度、广度和强度来说，比世界上任何一所大学都有过之而无不及。

杨利伟到底是中国人，说话还是比较谦虚的。

他的一个美国同行就没这么谦虚了——斯科特.凯利，他在太空中连续呆了340天，长高了5厘米。尽管那已经是2015年，他50多岁的时候。

从宇航员候选人变成真正的宇航员，是一种与获得博士学位类似的教育。

除了地质、气象、物理、海洋……那些课程以外，美国宇航员需要了解航天飞机的情况，学习航天飞机作为一个整体是如何运作的。

航天飞机的复杂性超出一般人的想像力极限。驾驶舱里有超过2000个开关和断路器，100万个零件，无数的操作方法。宇航员必须知道每一个开关的使用方法和运行原理，甚至如何修理它们。

如果你以为宇航员是理工男，那你就错了。

在进入太空之前，凯利和同伴们还去过NASA（美国国家航天局）下属的不同中心，详细了解这些地方发生了什么，以及NASA的所有项目是如何协同工作的，甚至还要了解一些与航天飞机八竿子打不着的项目。

因为，每一个宇航员都将被看做美国航天事业的形象大使、新闻发言人，要具备对公众谈论一切航天工作、航天知识的能力。

我想，如果哪一天外星人来跟人类建交，直接把这些宇航员推出去就行了。

美国是怎么选拔宇航员的呢？往粗了说，也跟中国一样，是从战斗机飞行员里选拔的。凯利也不例外，他是美国海军的一名飞行员。

但往细了讲，候选人必须忍受种种不堪的挑选与考验，甚至羞辱。

选拔过程中有各种心理测试，有些测试是没有正确答案的；你如果答出了所有考官想要的答案，可能也不会录取你。

还有一项叫直肠乙状结肠镜检查，医生往他的直肠里充气，以便检查得更清楚。还要求他就这样带着这些气体去参观航天中心。

而且他不知道，后面是不是有人在跟踪：

如何处理这种不适和尴尬，是不是也是测试的一部分？

除了战胜自己、战胜学习和训练任务，宇航员之间自然存在激烈的竞争。

我们可以从世界上第一次载人飞船发射任务，略知一二。

当时苏联有2个人选。一个就是我们熟悉的加加林，另一个叫季托夫。加加林是首选，季托夫是 备胎 备份。

二人既是战友，又是竞争对手。

季托夫（左）和加加林（右）

飞船发射之前的几天就宣布了这个决定。但是，一直到最后发射前一秒钟，季托夫都跟加加林接受同样的训练和指令、同步行动。

在发射前的那一夜，这两个人都没睡，而且躺在床上根本没动。

因为，床上有传感器，会监测他们的一切动作。如果被监测到睡觉时翻了个身、或者出现任何哪怕很小的迹象，就可能被认为心理素质不稳定，导致自己被弃用。

一直到发射台下，季托夫都穿着航天服，仰脖儿望着火箭。

如果加加林最后一秒钟突发心肌梗塞了不能飞，季托夫就会立即替补、取代他，成为第一个进入太空的人类，永载史册。

遗憾的是，加加林没有出任何问题。

求季托夫那一瞬间的心理阴影面积。

宇航员是精英中的精英，他们的待遇自然也是一般人享受不到的。

加加林首飞成功，轰动世界，成为了苏联的形象代言人。

他被授予苏联英雄的称号，这是苏联的最高荣誉；还得到了一辆伏尔加-21型轿车和一个司机。还给他安排了苏联特色的疗养，在黑海之滨的克里米亚度过了一段耽于玩乐的时间。

这毕竟是几十年前的事情了。而且以毛熊国大大咧咧的劲儿，能想出来的待遇也很有限。

等到杨利伟被选进宇航员大队，他的战友们想到的也是这些待遇。

他们直接扑上来，把他的财产都分了。

杨利伟原先的部队在四川。这下他要全家搬到北京了，老战友们认为，你这次当上了宇航员，待遇肯定特别好，这些东西都会分的，你还带走干嘛？

连他的领导都半开玩笑地说：

当了航天员，工资一万多，住的师职房，每人配辆车……

于是，他家的电视机、床、家具、自行车、锅……都被老战友们顺走了。家里有一套2万块钱的音响也被拿走了，给了他2千块钱。

他去航天城报到之后，发现其他几个宇航员也有类似的遭遇。

结果呢？宇航员工资其实还不如飞行员。因为不飞了，没有飞行津贴这一项收入了。工资还是按级别和军衔走，只加了几百块补贴。

也没有给他们每个人配车。因为，可能也没有这个必要——每个宇航员周一到周五，必须离开家人，住到一栋由军人严密警戒的公寓里。

平时还有一连串纪律：不准在外就餐；节假日不准私自外出；不准与不明身份的人接触；不准暴露自己的身份；不准抽烟喝酒……

但是，他们吃的倒是格外的好。

杨利伟真是一个有心的人。他在回忆录里，详细记录了其中三天的食谱：

周一，早餐：莲藕瘦肉枸杞粥，金枪鱼、酱鸡胗、葱花脆豆腐、西芹花生、糖醋大蒜、辣白菜……

午餐：红烧大黄鱼、小炒牛肉、海带炖排骨；韭黄炒腊肉、海米冬瓜；砂锅娃娃菜、银耳鸡蛋汤……

晚餐：水煮泥鳅、红烧鸡块、酱炒肉丝；腰果虾球、香芹炒肉；蒜茸木耳菜、百合莲子汤……

周二，早餐：二米粥；麻辣肉皮、酱鸭脖、辣炒绿豆芽、三色杏仁、红油豆腐丝、素炒藕片……

午餐：姜汁大闸蟹、葱爆羊肉、辣子鸡肝；木须肉、松仁玉米；辣炒莴笋；酸菜豆腐汤……

晚餐：清蒸武昌鱼、虾仁炒鸡蛋、红烧咕噜肉；草菇烧肉片、肉末豆干炒青蒜；酸辣圆白菜；三鲜汤……

周三，早餐：醪糟鸡蛋汤；陈皮牛肉、哈尔滨红肠、三色腐皮丝、美极瓜条、素炒圆白菜、青椒土豆丝……

午餐：锅子墨鱼仔、花江狗肉、啤酒鸭；银耳炒肉丝、青椒鳝段；小炒奶白菜；胡萝卜汤……

晚餐：家常海参、辣子鸡、姜汁刀肉；榨菜炒肉丁、香辣豆角香干；炒油麦菜；菠菜丸子汤……

宇航员们探亲、疗养、外出训练，都要专车接送，专人护送，严格警卫。

他们的居住地周围有电视监视器，有流动哨，出门有专人护送；集体外出必须坐火车，而且还不能坐同一列火车、同一辆汽车，生怕出事。

2003年杨利伟飞天之后回到家乡——辽宁绥中县探亲，连在家里住一住都不允许。因为按照规定，这就需要在他父母家住的居民楼层层把守，严禁旁人随意出入，24小时调警力监控。既扰民，又不现实。

同一年，杨利伟接受央视王志的采访。因为当时还在防控非典，就拿几个大电风扇对着王志吹，让杨利伟处于风的上游，以防万一。

凯利这一拨美国宇航员上天时，因为美国的航天飞机已经退役，他们乘坐的是俄罗斯的飞船。他们住过俄罗斯的航天员公寓，由此体验到了一种难忘的待遇：

具体做法是先在桑拿房里待一会儿，拿着桦树枝互相抽打身体。然后突然跳进冷水池，再喝一杯精酿啤酒。

起初，凯利感到有点吃惊。但是亲身体验之后，一下子就喜欢上了，

俄式桑拿，如今在中国的海南岛也越来越成为一种时尚。

我想，将来美国宇航员再上天，如果是从中国海南的文昌发射中心乘坐飞船的话，也能享受到这种待遇。

同时还能在门口看到一块指示牌，上写：

往里走，里头老宽敞了。

你知道，世界上的宇航员有多迷信吗？

说一个你都不敢相信的事。

在乘坐摆渡车去火箭发射台时，全世界的宇航员有一个不成文的规矩：

男宇航员对着摆渡车的右后轮胎，撒一泡尿。女宇航员们提前装好一瓶自己的尿液或者一瓶矿泉水，洒到轮胎上。

因为，当年加加林去发射台的途中，可能是过度紧张导致，突然内急。

但是，当时的宇航服没有收集尿液的功能——原计划也只要他在天上待2小时。他就下车对着车轮胎哗哗哗了一下。

这个不文雅的动作，现在成了全世界的宇航员遵循的仪式。

为什么这些人类最先进科技打造出来的人，会坚持一个迷信的仪式？

这也恰恰是大家的淳朴希望：

希望像前辈加加林一样，顺利飞行、活着回来。

任何一次宇航发射，都不敢说有百分之百的成功把握。哪个国家都一样。

杨利伟上天的2003年，凯利眼睁睁地看着他驾驶过的美国“哥伦比亚号”航天飞机爆炸，7名最优秀的同事遇难，当场落泪。之后，他还要亲自去搜索残骸。

而那次事故的原因，仅仅是一块1.5斤重的隔热泡沫不慎脱落，砸到了机翼，形成裂缝。

管理人员、技术团队说不碍事。结果，航天飞机返回地球的高速飞行期间，超高温气体从裂缝进入机体，巨大的冲击力造成航天飞机解体。

之前有一次，“挑战者”号航天飞机爆炸，是因为一个小小的橡胶垫圈。工程师担心它在寒冷天气中的性能，但是这个担忧被忽视了。结果导致7人遇难。

凯利在空间站刚工作没多久，有一颗报废的俄罗斯卫星就呼啸而来，它跟空间站的相对时速是35000英里。

两个相对时速35000英里的大型物体相撞，所激发的能量几乎与核弹相似。这件事如果真的发生了，那么凯利和他的同事们将在一毫秒之内，变成100亿万个原子四处飞散。

人类对太空的了解是非常肤浅的。任何一个进入太空的宇航员，都是英雄，也是科学实验的小白鼠。

在太空呆了340天的凯利终于回到地面后，他穿着飞行服，直接跳进了游泳池。

这只是个开端。更坏的事情接踵而来。

他的大脑前庭系统要努力适应地球的重力，在不停的摔跤中让身体再次适应走路；浑身疼痛，所有关节和肌肉都在与重力的压力对抗；双腿肿得可怕，脚踝一按就像水球一样被挤扁；身体上凡是跟床接触的地方都布满了奇怪的皮疹……

作为第一个飞天的中国人，杨利伟身上的实验性质更突出。飞天以后，他一年之内被科研人员问了几百个问题。

载着他和神舟五号的火箭上升到三四十公里的高度时，开始急剧抖动，产生了共振。他感到自己的五脏六腑都要被震碎了，极其痛苦。

这在之前的实验中是没有出现过的现象，谁也没想到会这样。杨利伟咬牙坚持了26秒，以为自己今天要光荣了。

后来才知道，这是因为人体对10赫兹以下的低频振动非常敏感，它会让人的内脏产生共振。

之后，通过技术工艺解决了这个问题。等到神六、神七飞行的时候，就再也没有出现过共振。宇航员乘坐非常舒适。

刚进入太空的时候，杨利伟还体会到了严重的失重。明明他是坐着的，却感觉自己大头朝下。这种感觉也非常难受不说，而且还可能诱发空间运动病，影响任务的完成。

最后他只能集中精力去想象自己在地面训练，足足用了几十分钟才调整过来。

有了他的这番经验，后来上天的中国宇航员就心里有数了，做好了充分的准备。飞船内部分上下层刷上了不同颜色的涂料，舱体天花板是白色，地板是褐色，这样帮助宇航员迅速调整。

甚至一直到降落，杨利伟都在为以后的飞行积累经验和教训。

落地的时候，由于剧烈的震动和撞击，嘴边的麦克风把杨利伟的嘴唇弄破了，血流不止。后来我们看到的那张他满面笑容比出胜利手势的照片，是给他把嘴上的血擦掉以后，摆拍的。

再后来，麦克风就经过了改进，不那么尖锐了，还包上了一层海绵。

本来，现场还安排了给杨利伟献哈达、献花的人，结果场面大乱，所有人都涌过来欢呼、拍照，连维持秩序的武警和警察都被感染了，谁也不工作了。

一看场面太乱，领导说赶快先上护理车。就把杨利伟抬到车上，换服装、采样、抽血、检查身体，以及上厕所。

杨利伟由衷地夸了一句：

护理车设计得好，想得全面、周到。

因为，那车上有一个卫生间。

遨游在茫茫太空的这些地球人，回望地球的时候，是什么体验？

也许，凯利的一个同事说的话，能给地球人更多启发：

地球在浩瀚的宇宙中，非常渺小。从太空看地球，人类彷佛蚂蚁。那些争斗、冲突、名利，是多么可笑、不值一提。

即使是庞大的山脉、海洋，也不过是巴掌大的一片。

杨利伟下来后，白岩松马上问他：能用肉眼看到长城吗？

这是第一次由中国人亲身检验的结论，澄清了流传甚广的传闻。

美国与苏联/俄国在地球上的关系经常紧张，但是在天上却拥有了一个最重要的共同身份：

1991年，苏联解体，导致宇航员克里卡廖夫被遗忘在太空，待了一年时间。期间，美国的飞船给他送了食物、补给。

最近这些年，美国、欧洲的宇航员也会搭乘俄国飞船，前往太空。学习俄语，是他们的基本功。

国际空间站也是一个典型的例子。它由16个国家共同建设、维护、使用，是人类在太空中最大的基础设施，是人类合作精神的象征。

现在，国际空间站的寿命只剩下了几年时间，以后怎么办？

中国的天宫空间站即将建成，不久之后将成为唯一的空间站。

欧洲宇航员正努力学中文。来自德国、法国、意大利的3名宇航员，已经计划乘坐中国的神舟飞船，前往天宫，开始星际之旅。

2021年4月29日，海南文昌航天发射场，“胖5”运载火箭成功发射了天宫空间站的“天和核心舱”。

发射倒计时数到零的时候， 几百吨的 煤 氢氧燃料瞬间爆燃。发动机喷射出橙色的火焰，几秒钟之内，就把发射塔下为了吸收热量而预置的上千吨水变成了水蒸气。

空气嘶吼，大地也颤抖起来。

人类探索宇宙的旅程，迈出了新的一步。

中国宇航员公寓的名字“问天阁”，来源于古代作家屈原的作品《天问》，表达了他对宇宙的浩叹、向往。

2021年7月4日，宇航员刘伯明在中国空间站成功出舱作业7小时。他一出舱就不禁赞叹：

中国空间站发射的现场围观群众中，有中国最富于想象力的人： 刘慈欣。

多年前，凭上班摸鱼写出一系列经典科幻的这位电工，好奇地站在塑料小板凳上面，凝望着头顶的一片苍茫。