仰望星空时，你可曾想过宇宙是如何诞生的？

如今，在中国的“世界屋脊之巅”——西藏阿里，一座特殊的望远镜正悄然运行。它的目标并非遥远的星辰，而是去捕捉宇宙诞生时最初那瞬间的“颤动”，一种名为“原初引力波”的神秘信号。让我们一起走近这项令人惊叹的科学探索。

阿里风光 供图视觉中国

引力波：百年预言与首次“聆听”

1916年，爱因斯坦基于广义相对论的框架提出预言——当物质发生剧烈运动时，时空会产生如同水波般的“涟漪”并向四周传播，这便是引力波。理论计算表明，引力波对物质的作用极其微弱，连爱因斯坦自己都认为探测难度极大。

直到2015年，美国的LIGO实验装置首次直接探测到了引力波，震惊世界。LIGO的实验装置是数千米长的“L”形悬臂，它借助激光干涉效应，通过探测引力波拉伸与压缩时空时，悬臂产生的极其微小的形变，最终实现对引力波的探测。那次探测到的引力波，来自13亿光年之外两个黑洞的并合事件。该事件中，相当于3个太阳质量的能量以引力波的形式扩散，跨越浩瀚宇宙抵达地球时，仅让LIGO的悬臂产生了万分之一质子直径的形变！

黑洞合并引起的引力波示意图 来源/LIGO/T. Pyle

LIGO实验的两个探测器 来源/LIGO

原初引力波：宇宙诞生的“第一声啼哭”

LIGO捕获的引力波属于“经典引力波”，由天体（如黑洞、中子星）的剧烈运动产生。而在宇宙大爆炸初期，时空剧烈量子涨落也会产生引力波，这就是“原初引力波”。人们形容它为宇宙诞生的“初啼”。

如果能够探测并研究原初引力波，则能直接验证宇宙早期“暴涨理论”，助力人类揭开宇宙起源与引力本质的深层奥秘。但原初引力波是信号最微弱的一类引力波，通过构造悬臂的方式远远不能探测到它。科学家想到了另一种办法，就是通过研究宇宙微波背景辐射（CMB）光子的极化，来实现对原初引力波的探测。

CMB诞生于大爆炸后约38万年，是宇宙中自由传播的第一缕光，是宇宙的“婴儿照”。正如引力波会让LIGO悬臂产生定向形变，原初引力波会使CMB产生特定的极化现象（光子偏振方向的规律性分布）。这种极化分为E模式和B模式，其中B模式极化完全由原初引力波造成。

你可以这样想象：把宇宙微波背景辐射想象成一碗水的水面，原初引力波就相当于盛水的碗不断地扭动，“水面”因此激起波浪和漩涡，而其中的漩涡就是 B 模式偏振——它是引力波的独特签名，其他的物理过程很难产生。因此，通过扫描全天区的CMB光子，统计并分析B模式极化信号，就能实现对原初引力波的精准测量。

CMB的E模式极化示意图

CMB的B模式极化示意图

如何“看见”引力波？捕捉宇宙最古老的“光”

地球附近每平方米的CMB 光子的辐射强度只有3.3 微瓦。作为参照，37℃的人体每平方米辐射强度约为500 瓦特。由此可见，CMB 光子的信号非常微弱。

地面CMB 观测实验对选址有着严苛要求，需要考虑两方面的因素：一是海拔。大气层会吸收、反射光子，海拔越高，大气厚度越薄，才能最大限度地减少信号损耗。二是低湿度。空气中的水分子会吸收微波光子，同时自身也可释放微波信号，干扰探测精度。综上，实验必须选址于极高且极干燥的地区。

在南半球，适合开展CMB 观 测的位置有2 个：南极、智利的阿塔卡玛沙漠。在这两个位置先后设立了多个CMB 望远镜。在我们的北半球，也有2 个适合的位置：我国的西藏阿里地区和丹麦的格陵兰岛，目前只有我国于2014 年提出、2016 年启动的阿里原初引力波探测实验，是北半球首个宇宙微波背景辐射实验，与南半球的实验形成互补，实现对全天区的观测。

阿里原初引力波观测站  图源/中国科学院高能物理研究所

踏上征程：阿里的“眼睛”已睁开

2025 年7 月，历经8 年艰苦研制与建设，由中国科学院高能物理研究所牵头的阿里原初引力波探测实验团队完成一号望远镜的安装调试，并成功验证装置核心指标。

实验一期工程建成并顺利实现“首光”观测，成功获取月球与木星辐射的150GHz 频段清晰图像，这标志着我国在原初引力波探测实验领域迈出了关键一步。

站在世界之巅，阿里的望远镜正静静地凝望着深邃的宇宙背景。它追寻的，是138 亿年前那场开天辟地的大爆炸的微弱回响。这场追寻不仅是为了验证宏伟的宇宙学理论，更是人类对自身起源好奇心的终极延伸。我们期待，在不远的未来，这双位于“世界屋脊之巅”的“明眸”，能够穿透时空的迷雾，首次捕捉到原初引力波的直接证据，为人类理解宇宙的诞生写下来自东方的精彩注脚。

阿里原初引力波一号望远镜俯视图  图源/中国科学院高能物理研究所

文/ 中国科学院高能物理研究所 赵静宜