打破质疑：两项独立研究证实了 LIGO 的诺奖发现

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就在 11 月，一个丹麦物理学家小组对激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到的原始引力波信号表示怀疑，称这是一种“错觉”。该小组人员声称 LIGO 的联合研究错误地将噪声作为引力波信号。

现在，著名科学媒体Quanta 声明已经有两个独立的分析确认了引力波的检测结果,对这项重大发现的质疑应该尘埃落定了。

 

“我们没有理由再对引力波的发现提出质疑”，其中一篇论文的作者，周界理论物理研究所的 Martin Green 和 John Moffat 告诉 Quanta。该论文于 9 月发表在 Physics Letters B 上。德国汉诺威马克斯普朗克引力物理研究所的 Alex Nielsen 和三位共同作者的第二篇论文于上个月发布在物理预印本网站 arXiv.org 上，并正在接受宇宙学和天体物理学报社的评论。

图| LIGO 于 2016 年 2 月 11 日在华盛顿特区召开新闻发布会，宣布首次直接探测到引力波。

“哥本哈根研究小组拒绝承认他们可能是错的。但事实上，他们错了。“

 

但戏剧性的是，对引力波持怀疑态度的丹麦哥本哈根的尼尔斯玻尔研究所的物理学研究小组的发言人 Andrew Jackson 拒绝接受这两个独立团队的分析结果。

Quanta 的 Natalie Wolchover 写道：

 

在一封电子邮件中，Jackson 评价 Green 和 Moffat 的于 9 月在物理快报 B 上发表的论文是“绝对的垃圾”。当被要求详细说明原因时，他错误地描述了 Green 他们的论点，也没有提到他们对于 Green 团队的研究所提出的最重要的质疑。

Jackson 还驳回了 Nielsen 等人的第二个独立研究的分析结果。“我们正在撰写对这篇最新论文的回应，所以我不会解释他们第二次犯错误的地方。”Jackson 回应道。

 

“哥本哈根研究小组拒绝承认他们可能是错的，”Wolchover 说。“但事实上，他们的确错了。”

 

关于引力波的争论其根本问题在于原始分析应该如何处理数据中不可避免的噪声。引力波的信号非常微弱（大约是原子直径十亿分之一的十亿分之一那么大），需要使用高灵敏的探测器来接收它们。但当仪器非常灵敏时，它们也会吸收极小的环境振动，例如隆隆的货车噪声或探测器本身的自然热振动。因此，LIGO 的联合研究竭尽全力地将探测仪器与环境隔离，并最大限度地减少数据中的噪音。

噪音问题

在 2016 年 2 月 11 日，在 LIGO 第一次宣布检测到引力波后不久，Jackson 便开始提出质疑。

LIGO 通过激光干涉测量法检测引力波，并使用高功率激光来测量相距数公里的两个物体之间的距离的微小的变化。（LIGO 在华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿都设有探测器。第三个探测器位于意大利的 Advanced VIRGO 也于 2016 年上线。）

 

引力波以光速传播，但由于探测器距离很远，因此应该有一个轻微的时间滞后和一个小的振幅调整来抵消地球的曲率。引力波信号将在检测数据中具有相关性。而噪音则不应该有相关性。

丹麦研究小组的研究结论是，噪音在汉福德和利文斯顿的检测数据间存在相关性，这有可能是检测数据被污染了。对于 Jackson 来说，这让人们有理由去质疑 LIGO 能够充分区别引力波信号和噪声，这直接决定了检测本身的有效性。

 

一篇发表在 New Scientist 的十月期刊上的文章将 Jackson 的言论带到聚光灯下。LIGO 的执行董事 David Reitze 斥责这篇文章“非常偏颇且耸人听闻”。

 

图| LIGO 探测到的 11 个黑洞碰撞中的 10 个以及它们产生的引力波信号。

 

从那时起，LIGO 又进行了多次探测，来进一步证明了引力波探测的有效性，最显著的证据是去年的二元中子星合并，同时产生的伽马射线爆发和其余电磁波谱中的信号。

而在本月初，在 LIGO 和 Virgo 的物理学家的合作中，报告了在之前检测中未宣布的四种由黑洞碰撞产生的引力波，把检测到的黑洞碰撞的总数变为 11 个。

所有四个引力波事件都被收录到第一份官方目录，被称为引力波瞬态目录 GWTC-1。该目录列出了迄今为止检测到的所有引力波事件。

 

值得注意的是，即使那些在 New Scientist 中支持丹麦研究小组意见的物理学家们，也仍然认为 LIGO 的研究结果会被保留。他们想强调的是需要对 LIGO 的分析进行独立确认，而现在独立确认也有了。

 

LIGO 的辩护

这两篇新论文都使用了与 LIGO 联合研究不同的算法重新分析了 LIGO 的检测数据，并且都能够识别到相同的引力波信号。

Green 和 Moffat 还指出了 Jackson 等人的几个错误。这导致在处理 LIGO 的数据出现了一种实际上并不存在的噪音相关性。Green 告诉 Quanta 说：“我们担心的是哥本哈根小组的计算是带有明确的目的性的，是为了得到他们想要的结果的。”

 

LIGO 也没有逃避批评。Nielsen 等人认为 Jackson 的错误源于 LIGO 在图一所示的研究结果报告图。因为这些解释性的图片是零碎的，并没有将研究结果解释清楚。LIGO 的研究报告并不是基于这些图而是基于更加严格的分析。但是，Jackson 等人却基于有问题的图像展开工作，错误地得到了噪音相关的结论。

 

Jackson 基于使用不准确的报告图和“违反良好科学实践的中心规范”来指责 LIGO 科学家行为不端。

他坚持认为，他的团队已经发现了数据中的噪声相关性，新的独立研究是不正确的，而且 LIGO 的第一次引力波检测可能是由于远程雷击或地震振动所引起的。他计划尽快发表反驳意见。

 

然而，对于大多数物理学已经承认 LIGO 的研究的正确性。“这两个独立的分析研究重新证实了引力波的检测是真实的。”Shoemaker 告诉 Quanta，“这也加深了我们早先认为 Jackson 等人的论文有问题的这个看法。由于 Jackson 等人的工作激发了一些额外的独立调查，可以看作是一个积极的结果，但我个人认为这些是完全不必要的'戏剧成本'。”

 

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编辑：林昱羽  责编：李禹蒙

参考：

https://arstechnica.com/science/2018/12/two-independent-analyses-confirm-ligos-discovery-of-gravitational-waves/

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