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引力波研究飞速拿了诺奖,够严谨吗

发布时间:2019-10-20 12:27:29
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[文本/由萨宾·霍森菲尔德翻译/观察网专栏作家王梦媛]

大约四年前,2015年9月14日,LIGO(激光干涉仪引力波天文台)团队首次探测到引力波,并于2017年获得诺贝尔物理学奖。同年,欧洲的处女座干涉仪(virgo干涉仪)上线以补充两个ligo探测器。所以在过去的两年里,世界各地的三个引力波探测器一直在一起监测时空背景的波动。

迄今为止,ligo/virgo已经发表了数十份侦察报告,包括双黑洞合并、双中子星合并和黑洞-中子星合并。然而,并不是所有的物理学家都相信这些报告的真实性。

例如,2017年,丹麦的安德鲁·杰克逊声称ligo的数据分析在很大程度上无法复制。到2018年11月,杰克逊明确宣布,除了第一次双黑洞合并事件(gw150914,如下图)之外,所有其他所谓的发现都是错误的。他说:“当我们对他们的数据进行盲目的数据分析时,我们什么也找不到。我是丹麦人,所以我想说这是“国王的新引力波”。

2017年8月17日的双中子星合并事件(gw170817)最初让大多数物理学家放心。这是因为几个电磁观测者(即伽马射线、x射线、光学和射电望远镜)也观测到了同一事件,这似乎证明ligo测量的是真实的天文现象而不是噪声。然而,反对者指出,美国宇航局的伽马射线观测卫星是第一个报告这一事件的卫星。ligo直到40分钟后才跟上这一趋势,所以这仍然不是盲目的测试。此外,天体物理界仍在争论这个事件是否真的是两颗中子星的合并。

火上浇油的是迈克尔布鲁克斯去年在《新科学家》上的报告。他引用了两个ligo内部消息来源,称甚至ligo诺贝尔奖的关键发现gw150914也不是通过盲目分析获得的,而是“通过人眼”和“通过人工强化来促进教学”。发表ligo论文的期刊仍然拒绝发表评论。

ligo团队本身守口如瓶,只发布了一句话:“我们对所有发布的结果充满信心,请耐心等待。”

今年4月,ligo升级到第三阶段(观察运行3),灵敏度提高了40%。许多人希望这次升级会发现更多的双中子星符合事件,留下电磁观测的证据。几个月过去了,什么也没发生。

从4月到现在,ligo团队已经宣布发现了33个引力波事件。它们被电磁观测支持了多少次?一次也没有。相反,ligo在事件发生后撤回了9个结果,因为随后的分析证明这些结果很可能是由非天文因素造成的。

拒绝率很高,但可以说实验刚刚升级,团队还不习惯。特别是,为了使电磁观测者能够尽快观察到可能的事件,不可能花时间慢慢地分析和考虑它们,必须尽快报告。

由于ligo信号的真实性尚未得到独立和明确的证明,批评的声音自然会起伏不定。最极端的是亚历山大·温齐克,他写了一本名为《希格斯粒子是假的》的书。温齐克在德国媒体“海泽”(德语原文HTTPS://www . heise . de/TP/features/fax-news-aus-DEM-universium-4442282 . html,见https://www . heise . de/TP/features/fax-news-aus-DEM-universium-4442282 . html)中声称gw150914的信号是第一次发现,而且非常清晰,因此很可能是所谓的“盲目注射”,即虚假的ligo团队中负责盲注的三个人都指着天空和地面,发誓当天不会发出任何虚假信号,但unzicker指出,程序就在那里,其他人也不可能秘密启动。

在上述33个新信号中,最强的是s190425z。这应该是双中子星的合并,但是正如前面提到的,电磁观测者没有发现任何相应的事件。当然,也有一个合理的解释:首先,它比gw170817远4倍,所以信号强度只有1/16;此外,ligo无法准确定位。宇宙中还有许多障碍物可以屏蔽电磁波。

更新后的测量发生在8月14日,这应该是一个黑洞-中子星重合事件,但是全世界的电磁观测者仍然什么也没看到。这次距离是gw170817的7倍,所以信号强度肯定更低。

然而,当一次又一次没有证据时,很难避免失望甚至怀疑。支持者指出,可能还有其他物理原因,比如黑洞吞噬中子星的时间太短、速度太快,以致发射的电磁波能量不大。当然,宇宙尘埃也被提及。

8月17日的最新事件后来被取消了。

那我们当然必须谈谈“故障”。

Ligo所谓的“误差”指的是测得的未知引力波事件,但由于光谱中没有相应的天文现象,它只能被抛在一边。我没有任何内部消息来源,也不知道实际发生了多少“错误”,但它们的数字是日期加上两位数,所以至少在某些日子里发生的次数超过了10次。Ligo还使用公众自愿贡献的计算器时间来分析数据。他们的组织被称为“重力间谍”(见https://blog.gravityspy.org/),特别强调各种“错误”,包括“锦鲤”、“哨子”和“blip”。下面是一些例子。

这也让我头疼:如果你不知道为什么探测器会接收到这么多你不想要的信号,你怎么能确定你喜欢的少数信号是真的呢?

安德鲁·杰克逊的评论如下:

ligo可以说一些信号符合黑洞合并的模型,但是如果你想得出结论,这些信号确实来自黑洞合并,那么你必须首先证明它们不能有其他来源。

“然而,这些信号非常普遍。他们看到了什么?信号的强度和频率一起增加,最后突然消失。这描述的基本上是任何灾难性事件。强度增加,频率增加,然后进入新的平衡状态。所以他们必须排除无数地球现象,例如布基纳法索上空的地震或雷暴……”

记者:“你认为他们没有排除这些可能性吗?”

杰克逊:“是的。”

如果杰克逊是对的,那么我们必须同意ligo实验有太多的问题,但是我真的想不出任何地球现象可以复制黑洞合并的引力波信号,更不用说ligo/virgo团队有三个探测器可以互相验证和比较。事实上,与杰克逊的说法相反,典型的灾难性事件不会增加频率,更不用说突然的沉默了。

以地震为例。大多数地震是应力超过岩层承载能力的结果。地震的信号不会导致频率增加。到达新的稳定状态后,不是突然的沉默,而是有长时间的余震。下图是典型的地震波,它与黑洞合并的引力波信号毫无共同之处。

所以我不同意杰克逊的结论。然而,关于这些信号是否来自非天文来源,仍然存在逻辑上的不确定性。因此,需要更严格的研究和分析,不能指望我自己在半个小时内做出断言。

总而言之,尽管我认为ligo的批评有些夸张,但他们的支持者显然过于松懈。诺贝尔奖是这样颁发的,但是这个信号是否真实还没有被清楚地证明。对我来说,很难想象任何其他科学领域能够轻易地将来自未知来源的大量测量结果作为虚假信号丢弃。然后我们必须考虑为什么用电磁观测器测量共生信号如此困难。

ligo的第三阶段将持续到2020年3月。目前,可能没有足够的新发现来回答上面讨论的疑问。我希望ligo团队和他们的支持者能为解决这些严峻的问题做更多的工作。

(由王梦媛翻译)

这篇文章是Observer.com的独家手稿。未经授权不得复制。