也許我們從未探測到引力波?

物理 黑洞 愛因斯坦 科學 星空天文 2017-06-23

也許我們從未探測到引力波?

LIGO的成功讓人歡欣鼓舞,人類史無前例地連續三次檢測到黑洞合併產生的引力波。愛因斯坦的理論也得到了進一步的證明。但是最近一個丹麥科研團隊在經過了仔細的分析後認為,不能排除LIGO探測到的引力波信號只是噪音的可能。

LIGO引力波天文臺由兩個檢測站組成,一個位於利弗斯頓,另一個位於漢弗德。它們各自擁有一對長達數公里的干涉臂。引力波十分微弱,即便對於這些極端靈敏的探測裝置而言,也是極難探測到的。但問題不在於引力波的微弱,而在於干涉儀會受干擾。最具挑戰性的一點是要如何把引力波信號從一大堆噪音中區分出來。

也許我們從未探測到引力波?

引力波信號的確認需要兩個檢測站的合作。信號到達兩個檢測站的時間是有先後的。雖然引力波以光速傳遞,但是兩個檢測站相隔幾千公里,它們在三維空間中處在不同的位置。雖然信號的到達時間會有差異,但信號之間存在著關聯性,因此這種差異可以被有效地消除。然而噪音則不然,它們之間不存在這種關聯性。而這就是科學家在數據中辨別出引力波信號的基本原理。

但這個丹麥科研小組發現,兩個檢測站獲得的噪音信號之間也會存在這種關聯性。更加糟糕的是,它們和三次引力波信號中存在的關聯性非常相似。

假如信號和噪音的關聯性相同,那麼我們就無法確認哪些是信號,哪些是噪音了。

噪音的關聯性對信號本身不產生影響。但是假如信號的關聯性不可靠,那麼萬一受到噪音汙染,檢測結果的可靠性就會降低。換句話說,作為檢測結果的信號可能只是一些數據的波動。不過,這種可靠性究竟受到了多大程度的影響,學者們並未作出量化的分析。

也許我們從未探測到引力波?

一些物理學家對此成果感到相當困擾,他們之中的一些人表示,希望LIGO團隊能夠聽取這些意見。除非LIGO團隊能夠給出明確的科學解釋,以證明這一擔憂是不必要的,否則他們只能認為LIGO的引力波探測結果中存在著某種程度的無效性。

但LIGO團隊指出,他們不同意得出這一結論所採用的研究方式,因此對結論也持反對意見。他們認為,該小組所採用的分析方法來自於LIGO網站上的指導手冊,而如果使用這些方法對數據進行分析會達不到應有的精度標準。

而丹麥科研團隊表示,即使他們的擔憂被證明是不必要,他們也樂見這樣的結果。他們表示他們的意圖是為了提升數據分析方法的有效性,並讓人們能夠更好地理解LIGO的引力波探測成果。

LIGO作為當前全球最先進的引力波天文臺,無人對其數據的質量提出過質疑,但其對數據分析過程本身的水準如何無疑也是關鍵性的。

雖然最終結果很可能是丹麥團隊的擔憂會被證明是錯誤的,但對於一個有能力奪諾貝爾獎的大發現來說,即便是極小的爭論也是應當避免的。

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