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LIGO團(tuán)隊(duì)的引力波研究需要更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)胤治?/h3>

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  薩拜因·霍森菲爾德德國法蘭克福高等研究所理論物理學(xué)家

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2019-09-26 08:11:25 字號：A- A A+ 來源：觀察者網(wǎng)

【文/ 薩拜因·霍森菲爾德 譯/ 觀察者網(wǎng)專欄作者 王孟源】

大約四年前，在2015年9月14日，LIGO（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，激光干涉引力波天文臺）團(tuán)隊(duì)首次探測到引力波，隨即在2017年因此獲頒諾貝爾物理獎。同年，歐洲的VIRGO Interferometer（室女座干涉儀）上線，成為兩座LIGO偵測器的補(bǔ)充。所以在過去兩年來，全球共有三座引力波偵測器一起監(jiān)視時空背景的波動。

至今，LIGO/VIRGO總共發(fā)表了幾十次的偵察報(bào)告，包括雙黑洞并合，雙中子星并合，以及黑洞-中子星并合。然而并非所有的物理學(xué)家都相信這些報(bào)告的真實(shí)性。

例如在2017年，丹麥的Andrew Jackson就宣稱LIGO的數(shù)據(jù)分析大部分無法被復(fù)制。到了2018年十一月，Jackson斬釘截鐵地公開宣布，除了第一個雙黑洞并合事件（GW150914，如下圖）之外，所有其他的所謂發(fā)現(xiàn)，都是子虛烏有。他說：“當(dāng)我們對他們的數(shù)據(jù)做盲分析（Blind Data Analysis）的時候，什么都找不到。我是丹麥人，所以很想說這是‘國王的新引力波’”。

原本2017年8月17日的雙中子星并合事件（GW170817）讓大部分物理學(xué)家安心了許多。這是因?yàn)橛泻脦讉€電磁觀測器（即伽瑪射線、X光、光學(xué)和電波望遠(yuǎn)鏡）也觀察到了同一個事件，似乎證明LIGO測量的是真實(shí)的天文現(xiàn)象，而不是噪聲。然而反對者指出最先報(bào)告這個事件的，其實(shí)是NASA的伽瑪射線觀察衛(wèi)星，LIGO在40分鐘之后才趕上潮流，所以仍然不算是盲測試。而且后來天文物理界對這個事件是否真是雙中子星并合，至今還在爭議之中。

更加火上加油的，是去年Michael Brooks在《New Scientist》上的報(bào)導(dǎo)，他引用兩個LIGO的內(nèi)線消息，說連GW150914，也就是LIGO獲得諾貝爾獎的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)，都不是用盲分析得出的，而是“靠人眼”，并且“手動加強(qiáng)以利教學(xué)”。發(fā)表LIGO論文的期刊，到現(xiàn)在仍然拒絕做任何評論。

LIGO團(tuán)隊(duì)本身也是守口如瓶，只放出一句話：“我們對所有發(fā)表的結(jié)果都有完全的信心，請大家耐心等待。”

今年四月，LIGO升級到第三階段（Observation Run 3），靈敏度提高了40%。很多人寄望這個升級會發(fā)現(xiàn)更多有電磁觀測左證的雙中子星并合事件；幾個月過去了，并沒有發(fā)生。

從四月到現(xiàn)在，LIGO團(tuán)隊(duì)一共宣布發(fā)現(xiàn)了33個引力波事件（參見https://gracedb.ligo.org/superevents/public/O3/），多少次有電磁觀測的佐證呢？一次都沒有。反而是LIGO在事后已經(jīng)撤回了其中的9個結(jié)果，因?yàn)楹罄m(xù)分析證明它們有太大的可能是非天文因素產(chǎn)生的噪聲。

這樣的撤稿比率是很高的，不過在實(shí)驗(yàn)剛剛升級，團(tuán)隊(duì)還不適應(yīng)的階段，是可以說得過去的。尤其為了讓電磁觀測器能盡快對準(zhǔn)可能的事件做觀察，也不可能花時間慢慢分析考慮，必須在第一時間就通報(bào)出去。

既然LIGO信號的真實(shí)性還沒有獨(dú)立而確切的證明，批評的聲浪自然此起彼落。最極端的是Alexander Unzicker，他曾寫過一本書叫做“希格斯粒子是假的”。Unzicker在德國媒體《Heise》上宣稱（德文原版https://www.heise.de/tp/features/Fake-News-aus-dem-Universum-4442282.html，英文翻譯參見https://www.heise.de/tp/features/Fake-News-aus-dem-Universum-4442282.html ）GW150914的信號既是頭一個發(fā)現(xiàn)也剛好特別明確，所以很可能是所謂的“盲注入”（“Blind  Injection”），也就是用來測試系統(tǒng)的假信號被當(dāng)真了。LIGO團(tuán)隊(duì)里負(fù)責(zé)盲注入的三個人都指天畫地，賭誓絕對沒有在當(dāng)天送進(jìn)任何假信號，但是Unzicker指出程序就在那里，其他人要偷偷啟動，并非不可行。

在前面提到的33個新信號里面，最強(qiáng)的是S190425z。它應(yīng)該是一次雙中子星并合，但是如前所述，電磁觀測器都沒發(fā)現(xiàn)任何對應(yīng)的事件。當(dāng)然這也有合理的解釋：首先它比GW170817遠(yuǎn)了4倍，所以信號強(qiáng)度只有1/16；此外LIGO并不能精確定位；宇宙中也有很多能遮蔽電磁波的障礙。

更新的測量發(fā)生在8月14日，這應(yīng)該是一個黑洞-中子星并合事件，然而全世界的電磁觀測器還是什么都沒看到。這次的距離比GW170817遠(yuǎn)了7倍，那么信號強(qiáng)度當(dāng)然更低。

不過一次又一次都沒有左證，還是難免讓人失望，甚至起疑。支持者指出可能有其他的物理原因，例如那個黑洞吞噬中子星的過程太短太快，以致發(fā)出的電磁波能量不大。宇宙塵埃當(dāng)然也又被提起。

最新的8月17日的事件，事后被撤稿了。

然后我們當(dāng)然必須談一談“差錯”（“Glitch”）。

LIGO的所謂“差錯”指的是測量到的不明引力波事件，但是因?yàn)轭l譜沒有可對應(yīng)的天文現(xiàn)象，只能被扔到一邊。我沒有內(nèi)部消息來源，不知道確實(shí)已經(jīng)有過多少個“差錯”，但是它們的編號是日期再加上兩位數(shù)字，所以至少有部分天數(shù)里，發(fā)生的次數(shù)是超過10的。LIGO也借用一般民眾志愿貢獻(xiàn)的計(jì)算器時間來分析數(shù)據(jù)，他們的這個組織叫做“Gravity Spy”（參見https://blog.gravityspy.org/  ），里面特別強(qiáng)調(diào)各式各樣的“差錯”，包括“錦鯉”（“Koi  Fish”）、“口哨”（“Whistle”）和“閃點(diǎn)”（“Blip”）等等。下圖是一些例子。

這讓我也頭痛了：如果你不知道為什么偵測器會收到這許多你不想要的信號，那么你怎么能確定你喜歡的那少數(shù)幾個信號是真的呢？

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標(biāo)簽 LIGO團(tuán)隊(duì)引力波電磁觀測佐證嚴(yán)謹(jǐn)分析

本文僅代表作者個人觀點(diǎn)。
• 責(zé)任編輯: 柳葉刀 

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