暴脹理論預測，宇宙在大霹靂之後快速膨脹的「暴脹現象」，會產生重力波，更精確的說法是，暴脹會產生隨機的「宇宙重力波背景」。（圖片來源：wiki）

美國科學團隊3月17號宣布重大發現，他們偵測到愛因斯坦提出的「重力波」，並為宇宙學當中非常重要的「暴脹理論」提供了證據。研究計畫中關鍵的偵測儀器，是由出身台灣的學者郭兆林設計，也引發國人關注。請聽今天的科學三分鐘，為您介紹相關的研究內容：大霹靂、暴脹理論與重力波。

談到宇宙的起源，現在廣為人知的主流理論就是「大霹靂理論」。學者假設，宇宙一開始是處於高溫、密度極大的狀態，因為發生了大霹靂而不斷膨脹。隨著膨脹，宇宙逐漸降溫，大霹靂當時極高溫度的熱輻射，也慢慢變成肉眼看不見的「宇宙微波背景」，簡稱「CMB」。

1967年，人類首度發現了「宇宙微波背景」CMB的存在。1990年，美國航太總署公布了研究成果，證明CMB是完美的黑體輻射，溫度是2.73 K，大約是攝氏零下兩百七十度左右。

1992年，相關研究又有了一項重大進展，甚至被物理學家史蒂芬.霍金讚譽為「二十世紀最重要的發現」。原來，雖然在宇宙當中，CMB在各個方向的溫度大致相同，但是從不同方向測量，溫度還是有十萬分之一的差異，顯示了宇宙在極早期的物質分布有一點點的不均勻，也就是這種不均勻，造成了目前宇宙的星系結構，包括太陽系在內。以上種種證據，都讓科學界慢慢接受「大霹靂理論」。

不過，關於宇宙起源的研究，還是有許多問題尚未解決。1984年，科學家古司提出「暴脹理論」，認為大霹靂之後，宇宙應該經歷過極為快速的劇烈膨脹。這個理論成功地解釋了宇宙學的許多問題，很快就成為「早期宇宙」理論的正宗。

然而，要證明暴脹理論成立，還是缺乏強而有力的證據。這個證據要到哪裡找呢？重要的線索，就在愛因斯坦廣義相對論裡提到的「重力波」。

愛因斯坦預測，運動中的物體會擾動周圍的時空，產生「重力波」，就像小船經過湖面，會在湖面上激起水波一樣。不過，要觀測重力波非常困難，直到今天，都還沒有人直接測量到它。

暴脹理論跟重力波有什麼關係呢？原來暴脹理論預測，宇宙在大霹靂之後快速膨脹的「暴脹現象」，會產生重力波，更精確的說法是，暴脹會產生隨機的「宇宙重力波背景」。可惜，這個重力波目前也沒有測到。

聽起來有點像是開玩笑，不過科學研究就是這樣不斷地找線索。雖然測不到重力波，但這個「宇宙重力波背景」卻會影響到我們前面提過的「宇宙微波背景」CMB，讓它產生某種微小的「偏極化」波紋，專有名詞為「B-mode偏極」。打個比方，我們看到潮水在堤防壁上留下的痕跡，雖然沒有看到潮水，卻可以推斷漲潮的時候潮水有多高。同樣地，只要觀測到「B-mode偏極」這個微小的波紋，就可以證明「宇宙重力波背景」的存在。郭兆林教授參與的團隊，就是透過觀測CMB，看到了「B-mode偏極」。

本單元科學顧問，清華大學天文所張祥光教授表示，這項研究成果為暴脹理論找到證據，也證明了愛因斯坦提出的重力波的確存在，是宇宙論發展上的重要里程碑。

【本單元由科技部補助製播】2014-03-30 16:55:00播出