重大發現 引力波信號時檢測器中似乎存在相關雜訊

2016年2月，激光干涉儀重力波觀測台（LIGO）的領導人宣布，他們已經成功地檢測到了引力波，這是由於兩個黑洞的碰撞引起的時空結構中的細微波紋。該隊在華盛頓舉行新聞發布會，宣布具有里程碑意義的結果。

他們還發布了他們的數據。

現在一些獨立的物理學家已經篩選了這些數據，只找到他們所描述的奇怪的相關性，不應該在那裡。該團隊由哥本哈根尼爾斯玻爾研究所的物理學家安德魯·傑克遜（Andrew Jackson）領導，聲稱這個麻煩的信號可能足以使整個發現成為問題。傑克遜在向廣達發出的一封電子郵件中寫道：「無法解釋的相關性的潛在影響」可能從提取的波形的小幅修改到LIGO聲稱的引力波發現的完全拒絕。LIGO代表說可能會有一些無法解釋的相關性，但是他們不應該影響團隊的結論。

2017年6月13日，傑克遜和四位合著者發表了對科學預印本網站arxiv.org 的批評。該文件引起了相當大的興趣，提醒了波蘭坦波爾馬克斯·普朗克重力物理研究所的研究員和LIGO科學合作組織的成員Ian Harry五天後發表公開反駁。哈利認為，實際上獨立小組在數據分析中錯過了一些細微之處，他無法重現所聲稱的相關性。然後，傑克遜的團隊回答說，他們發現哈利的代碼中有錯誤，在發給Quanta的電子郵件中，這裡的技術問題與LIGO試圖做出的測量極度困難有關。

重力波是非常微弱的，所以為了趕上他們，LIGO是建立在測量距離變化的能力，只有質子寬度的十分之一。許多小的顛簸和振動可以模擬引力波信號，所以LIGO使用兩個相隔三千公里的天文台，它們同步運行，每個觀測台都仔細檢查另一個觀測值。每個檢測器的噪音應該是完全不相關的 - 在一個檢測器附近的鎮上的手槍將不會在另一個檢測器上顯示為雜訊。然而，如果引力波通過，它應該幾乎同時在兩個儀器中產生類似的信號。

傑克遜團隊的主要要求是在引力波信號時檢測器中似乎存在相關雜訊。這可能意味著，在最壞的情況下，引力波信號可能根本不是真正的信號，而只是更大的雜訊。

更可能的情況是，雜訊的相關性（如果真的）指向別的東西。也許LIGO團隊從原始數據中減去引力波信號，使其背後有一些相關的噪點。或者也許在雜訊中存在少量相關性，導致LIGO科學家誤解其引力波信號。西北大學的天體物理學家Vicky Kalogera和LIGO團隊的成員說，相關雜訊（如果有意義的話）可能會導致結果的偏差，可能會「引起我們潛在的關於黑洞的錯誤信息」，產生引力波。

但並不是每個人都認為相關性是真實的。哈利在反駁中指出，傑克遜的團隊可能濫用了一種稱為傅立葉變換的常用數據處理技術。傅里葉變換將數據信號分離成更簡單波形的集合。哈利寫道，這個錯誤與輸入數據信號「周期性」的技術假設有關，重複本身沒有任何斷點或不連續性。例如，周期性的聲波將是每個重複之間沒有彈出的聲音剪輯的重複。不循環的信號不能通過傅立葉變換來分析，而不引入微妙的錯誤。否則，所謂的吉布斯現象會扭曲輸入信號的頻率，從而降低隨後分析的準確性。

由於現實生活中的數據幾乎不是周期性的，任何進行傅立葉分析的人都必須首先在原始數據上執行一系列清理作業。麻省理工學院物理學家和LIGO科學合作發言人David Shoemaker表示：「傑克遜團隊的一些結果似乎與在進行傅里葉變換之前不對數據進行過濾有關，回應哈利的公開分析。

傑克遜拒絕接受本文的採訪，寫了一封電子郵件，說「公開的爭論傾向於鞏固職位，不提高期望的結果」，這種表徵引起爭議。「我們知道這些問題。我們既不同意也不接受哈利的觀點，「他寫道。傑克遜的四位合作者沒有回應廣達的徵求意見。

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現在，LIGO的結論是信心很高。斯坦福大學理論物理學家羅伯特·瓦格納（Robert Wagoner）說，「只有有資格分析這篇文章的人才在LIGO科學合作中。「他們是唯一可以獲得原始數據的人。」 賓夕法尼亞州立大學的天體物理學家SteinnSiguresson也不隸屬於任何一個團隊。「現在，我一定會和LIGO的人一起去的，」他說。「外部人士在大型合作中發現重大錯誤是非常罕見的。」

儘管如此，Siguresson說：「需要更長時間才能解決問題。「這將需要幾個月。」

LIGO團隊後來報道說，他們發現了第二次黑洞合并的引力波，然後是三分之一。傑克遜和他的同事還沒有發表任何關於這些事件的分析。

本文由 科技大偵探 原創 轉載請註明出處

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