关于LIGO的引力波传言……

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-01-24 21:40:55 | 作者:Melipal 译 | 来源:Sky & Telescope | 浏览:3779次 ]

原文标题:About The LIGO Gravitational-Wave Rumor. . .

作者:Shannon Hall   原文来自:SkyandTelescope.com   Posted: 2016. 1. 13

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

物理学和天文学界正在议论一个传言:LIGO真的听到了第一个黑洞并合事件了吗?好吧,没有那么快。

在社交媒体上,流言四起,号称新近完成升级的LIGO,也就是高新激光干涉仪引力波天文台(aLIGO)最终看到了两个恒星级黑洞螺旋靠近并合为一期间发出的引力波信号。甚至自去年9月以来也许看到了两个这样的事件。或者没有。

LIGO由两架L形干涉仪组成,一架位于华盛顿州的汉福德(Hanford,参见上图),另一架位于路易斯安纳州的利文斯顿(Livingston)。每架干涉仪的每条干涉臂长度都是2.5英里(4千米)。激光可以测量出干涉臂长度的微小改变,最小可达一个质子直径的百万分之一。路过的引力波可能会让时空发生此等程度的扭曲。

这样的观测不仅可以证实爱因斯坦广义相对论最难以捉摸的一个预言,还会开启宇宙观测的全新领域:引力波天文学。

首先是一些背景。根据广义相对论,任何加速的质量都会在时空本身之中形成微弱的涟漪。但如果要发出明显的引力波信号,就需要庞大而致密的物体具备超快的加速。螺旋靠近彼此并发生并合的中子星和黑洞可以满足这一要求,而LIGO在建造时,就已经特别考虑了这类事件。

艺术家笔下一对在2维平面的密近轨道上运行的黑洞产生的引力波。图片提供:K. Thorne (Caltech)/ T. Carnahan (NASA GSFC)

当引力波通过时,它们会拉伸并挤压时间和距离。不过在宇宙中运行数百万光年后,引力波信号会变得非常微弱。举例来说,预期典型的信号会让日地间距拉伸或缩小一个氢原子的宽度。而哪怕是如此微弱的效应都可以被LIGO四千米真空管中往复运动的激光束探测到。这将是引力波辐射的第一次直接探测。(我们已经经由间接效应了解了引力波的存在,也就是让密近双中子星损失轨道能量。)等待着第一次直接观测的可能就是诺贝尔奖。如果探测的确实现了的话。

石溪(Stonybrook)大学的天文学家田中隆充(Tanaka Takamitsu)称,这样的壮举“将打开观测宇宙的新窗口。”以伽玛射线暴为例,它们是能量高得难以置信的快速爆发,据信有时是由一对螺旋靠近并发生并合的中子星产生的,而另一些爆发则是由濒死恒星的中子星式核心在几分之一秒内发生的瓦解诱发的。这两类激变事件都足够剧烈,能够将可探测的引力波发送到遥远的宇宙中。田中说:“如果我们可以使用引力波探测器与传统望远镜(二者)对这样的事件进行观测,那么我们就可以了解很多东西,说明这些事件的物理机制,还有其中究竟发生了什么情况。”

路易斯安纳州利文斯顿干涉仪的一条LIGO干涉臂隧道。两台干涉仪相距将近2000英里,这提供了重要的误差检验机制,并可以帮助进行三角定位,确定任何引力波的入射方向。第三架探测器是设在意大利的VIRGO,预期它也会加入到网络中来。

引力波的私语

9月,当升级后的aLIGO开始运行一周后,传言就开始在物理界开始扩散了。9月25日,当来自亚利桑那州立大学的宇宙学家劳伦斯·克劳斯(Lawrence Krauss)发布了一条Twitter之后,传言离开了物理界:“传闻LIGO探测器已经探测到了引力波。倘或真实,则相当惊人。如果传言属实,将发布细节。”最近他评论道,他有60%的把握,认为这个事情可以被证实。12日,他警告称,他并不是LIGO科学合作组的900余名成员之一,而且他也不能代表小组中的任何人。

来自宾夕法尼亚州立大学的斯坦因·西古德松(Steinn Sigurdsson)也在社交媒体上猜测了这个传言。西古德松称:“我完全没有得到内部消息,说明发生了什么。我听到了一些故事,我可以作出推测,我能够看到活动的模式。现在已经持续出现了好几个月的私语,称(aLIGO)在启动后马上就看到了什么东西。”

2014年,研究者在利文斯顿的一台LIGO探测器中工作。图片提供:Michael Fyffe/LIGO

在进一步的诱人线索出现之后,这些私语变成了活跃的喋喋不休。首先,西古德松指出,本周arXiv预印本服务器上出现了一波论文,它们的明确程度让人感到奇怪。西古德松称,天文学家“提出了一些不太一样的图景,由此你可以形成双黑洞。而巧合的是,所有这些过程都几乎预言了完全一样的最终产物,并且说‘天哪,我们的模型预言,这种特定的现象会是LIGO最有可能看到的东西。’”而西古德松并非唯一一个注意到这一现象的人。举例来说,来自宾夕法尼亚州立大学的德里克·福克斯(Derek Fox)针对其中的一篇论文在Twitter评论称:“看起来这是一种横空出现且极其特殊的(引力波)图像?”

不过劳伦斯、西古德松与田中再次宣称,他们没有任何内部消息。西古德松说:“这就等于是观察送往五角大楼的披萨饼外卖。”他指的是华盛顿的记者据说会采用的一种开源情报技术,他们基于深夜送往白宫的披萨饼数量,来估计即将发生的大事件何时出现。他说:“你可以针对物理学家玩同样的游戏。”(不巧的是,没有报导称LIGO现在向多米诺披萨店提交了过多的定单。)

其次,这是一个小圈子。因此当少数合作者(他们恰好都是LIGO的成员)由于时间重叠的新任务而取消未来的会议安排时,人们不会无视的。当物理学家宣布希格斯玻色子发现之前,类似的事情也发生过。根据取消的会议日期,西古德松猜测,小组将于2月11日发出公告。不过田中猜测,这将花上好几个月。

干涉臂的交点。图中所示的终端仪器与激光管是安装在超净真空中的。

不过之前,假想探测的细节并没有公开传布。本周一,理论物理学家卢博斯·莫特尔(Luboš Motl)在博客中描述了最新版本的传言:aLIGO捕获了两个碰撞黑洞产生的引力波,每个黑洞的质量都是太阳的10倍以上。他还称,他听说aLIGO探测到了两个这样的事件。

沉默的理由

LIGO的成员有很好的理由拒绝证实或否认正在发生一些事情。科学家着实希望能够先确保万事无误,然后才向全世界公布重大发现(无论是正面还是负面)。LIGO的数据分析任务本身就非常庞大,而且充满了可能的难题,最有可能的引力波探测会埋藏在噪声深处。这项实验搜寻的是相距4千米的金属镜面之间小至10-22米的距离变化,这一数字大约相当于质子直径的百万分之一。换句话说,他们要测量1025分之一的变化。如果它可能出错了呢?

对于很多天文界和物理界人士来说,记忆犹新的是一条可笑的公告,它在2014年9月彻底名声扫地。哈佛大学BICEP2合作组的天文学家在一次人头攒动的发布会上向全世界的媒体宣布,他们很可能发现了来自大爆炸最初时刻的原初引力波。这个信号超乎意料地强。它可能就是大爆炸暴涨宇宙理论预言的至高证据,长期以来被人苦苦搜寻。然而他们还没有等到完整的同行评议流程结束就公布了这个结果。这项发现在字面意义上归于尘土,留下了众所周知的一团糟,并引发了大量批评。很多人害怕这样的事件会重演。

当前的兴奋也很可能是个伪警报。哪怕LIGO看到了一个很有希望的信号,它也有可能是出于演练的目的被植入的伪测试信号。之前小组干过这样的事情,当时是在2010年LIGO升级前的最后一次运行趋近尾声的时候。LIGO小组的3名成员被赋予了用恰好合适的方式将反射镜移动恰当距离的权利。只有他们才知道事情的真相;而测试协议是,只有当在合作组完成分析工作,并为发表论文和召开发布会做好准备之后,他们才能公开植入的信号。这样的“盲测”对于科学的所有分支而言都是黄金准则。

因此我们只需要冷静下来。不过也许不会等待太久了。如果探测是真实的,根据多种传说,它可能会在2月或3月公布。如果这只是一次测试,预期的公布时间也应该与此接近。

“过程的必需”

一个不成熟的“发现”会变得不严谨,随后被拒绝或收回,总体来说,这将降低公众对科学家以及科学研究的信任度。来自罗切斯特(Rochester)大学的天文学家亚当·弗兰克(Adam Frank)在他的NPR博客中如是评价2014年的BICEP2闹剧:“就好像有关气候变化的‘辩论’一再告诉我们的那样,就科学和公众而言,我们生活在一个疯狂的时代。我希望在公布如此重要的发现之前,他们可以走完常规的科研流程。可能的情况是,如果他们这样做了,我们很清楚,这样的发布会就不一定会召开(至少现在还不会召开),而且我们的情况都会好很多的。”

然而西都古德松并不赞同这一点。当BICEP2小组公布了他们的结果之时,他将其作为例子,用到了他的宇宙学101课程中,并鼓励学生将其视作发现中期的不确定结果。西古德松说:“我认为,大多数公众都可以体会到,你是可能出于正确的理由犯错的,而且这是过程的一部分。我们是通过证伪取得进步的。我们提出猜想,并对其进行检验。有时我们发现事情搞错了,就将它们扔出去。不过这仍旧是整个过程的必要组成部分。我们需要接受这一点。”

(全文完)

Tags:LIGO 引力波

责任编辑:Melipal

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