Дански физичари тврде да доводе у сумњу откривање гравитационих таласа

Прва директна детекција гравитационих таласа објављена је 11. фебруара 2016. године, покренула наслове широм света, освојила Нобелову награду за физику за 2017. годину и званично покренула нову еру тзв. Међутим, тим физичара на Институту Ниелс Бохр у Копенхагену, Данска, доводи у питање ту детекцију на основу властите независне анализе података која је проведена у посљедње двије и пол године.

Као Нев Сциентист извештава, група мисли да је оригинални сигнал гравитационог таласа који је детектован од стране ласерског интерферометра Гравитационо-таласне опсерваторије (ЛИГО) био "илузија". Истраживачи тврде да је сарадња погрешно схватила обрасце буке за сигнал. Часопис необицно цитира ово као "ексклузивно", али гласноговорник групе Андрев Јацксон већ дуже вријеме лупа овом бубњу, након што је први пут искусио сумње у вези с анализом ЛИГО-а која је представљена током конференције за штампу 11. фебруара 2016. у Вашингтону. Изворни рад групе објављен је у Јоурнал оф Цосмологи анд Астропартицле Пхисицс у августу те године, и тамо је било доста напретка и напретка у физичкој заједници око Јацксонових захтева од тада.

"Ендрју Џексон и његова група већ неколико година говоре да детекције ЛИГО-а нису стварне", каже извршни директор ЛИГО-а Давид Реитзе из Цалтецха. "Њихову анализу посматрали су многи људи који су сви закључили да за њихове тврдње апсолутно не постоји никаква ваљаност." Реитзе је карактерисао Нев Сциентист чланак као "веома пристрасан и сензационалан".

"Ништа што су учинили не даје нам разлога да сумњамо у наше резултате."

Портпарол ЛИГО-а Давид Схоемакер из МИТ-а сматра да се сва контроверза своди на неспоразум о методама ЛИГО-а за анализу података. "[Јацксон ет ал.] дошао је скептично и мислим да је скептицизам у науци заиста важна ствар. Морате доводити у питање резултате, "каже он." Али то су компликовани подаци; они нису једноставни за разумевање. Сигурно нам ништа што су учинили не даје никакав разлог да сумњамо у наше резултате. "

Док је ЛИГО стекао (не сасвим незаслужено) репутацију због прекомјерне тајности, Схоемакер каже да је сарадња провела много времена у интеракцији са Јацксоном и његовом групом у протекле двије године како би се побољшало њихово разумијевање ЛИГО-ових метода, укључујући проширене посјете Институт Ниелс Бохр и позвао Јацксона ет ал. да детаљно размотри ово питање у телеконференцијама са члановима ЛИГО тима. Дакле, ако ЛИГО-ин одговор кад год бубањ почне да лупи изнова понекад попусти као помало огорчен, постоји веома добар разлог за то.

Основана сумња

Ово је поље дуго преплављено сумњама. Шездесетих година, физичар Џозеф Вебер са Универзитета Мериленд дизајнирао је и изградио свој детектор користећи резонантне шипке за које је очекивао да ће вибрирати као одговор на гравитациони талас. Физичар Универзитета Колумбија Јанна Левин описала је апарат у својој књизи, Блацк Холе Блуес, користећи аналогију са гитарским низом: "Чврсти алуминијумски цилиндар дуг око 2 метра, пречника 1 метар, у опсегу од 3.000 фунти, док жице за гитару одлазе, није лако одвојити. Али има једну природну фреквенцију на којој снажан гравитациони талас би зазвонио бар као виљушку. Вебер је тврдио да је открио сигнал 1969. Нажалост, нико други није могао да понови тај резултат, а Веберов професионални углед никада се није у потпуности опоравио.

Затим, у 2014. години, БИЦЕП2 сарадња - која лови издајничке потписе гравитационих таласа у космичкој микроталасној позадини (остатак зрачења из Великог праска) - најавио је да је открио индиректне доказе тих таласа у ткиву простор-времена. Уследило је много фанфара. Међутим, у року од неколико недеља појавиле су се озбиљне сумње. На крају, испоставило се да је сарадња БИЦЕП-а погрешила облаке космичке прашине за сигнал.

Ударац је био пораз. Заједница гравитационог таласа била је у довољној мери спаљена дебаклом БИЦЕП2 који је ЛИГО одлучио за изузетан опрез и тајност - иронично велики део разлога што се сарадња посматра са неповјерењем у неким круговима. Истраживачи су провели неколико месеци између детекције сигнала и званичног саопштења у фебруару 2016. да би дуплирали, троструко и четвороструко проверили своју анализу како би се заштитили од друге лажне детекције.

Како би се то могло поновити?

Прво, врло је мало вероватно да је то има поновило се. Али одговор је да је одвајање сигнала од буке веома, веома тешко у овој врсти анализе. Сигнал је изузетно слаб (редом од милијардити део милијарде пречника атома); зато вам требају такви осетљиви детектори да их уопште покупите.

Такође, Универзум је заправо прилично бучно место. "Проблем није толико у апсолутној слабости таласа, проблем је у томе што постоје многи други поремећаји који такође мумљају интерферометар", написао је физичар Сабине Хоссенфелдер. Форбес још у 2017. години - први пут када су Јацксонови лажни сигнали тврдили да су направили рунде.

Брзо освежавање: ЛИГО детектује гравитационе таласе преко ласерске интерферометрије, користећи снажне ласере да би измерио ситне промене у растојању између два објекта распоређена на километрима. (ЛИГО има детекторе у Ханфорду, Вашингтон и Ливингстон, Луизијана. Трећи детектор у Италији, Адванцед ВИРГО, дошао је на интернет 2016.) Сваки инструмент је толико осетљив да подиже и мале вибрације у околини, као што је тутњачки теретни воз или природне топлотне вибрације у самим детекторима. Зато је, како је Арсов властити Јохн Тиммер истакао прошле године, сарадња ЛИГО-а тако велика да заштити своје инструменте и смањи буку у својим подацима.

Дана 14. септембра 2015. године, у 5:51 АМ ЕСТ, оба детектора су први пут покупили сигнале у милисекундама. Таласни облици тих сигнала служе као аудио отисак - у овом случају, доказ да се двије црне рупе спирале према унутра једна према другој и да се стапају у масивном догађају судара, шаљући снажне ударне валове кроз простор-време. То је сигнал да се Јацксонова група најјаче оспорава.

Корелирани шум?

Гравитациони таласи путују брзином светлости, али пошто су детектори толико удаљени, требало би да постоји мало временско кашњење и мало прилагођавање амплитуде да би се објаснила закривљеност Земље. Сигнали ће бити корелирани у подацима. Међутим, бука не треба да буде у корелацији. Дански тим је из своје анализе закључио да је бука био корелирали су и на детекторима Ханфорд и Ливингстон, потенцијално загађујући податке. За Џексона, ово је довело у питање способност ЛИГО-а да у довољној мери прави разлику између сигнала и буке и, стога, валидности саме детекције.

Како је Хоссенфелдер објаснио 2017:

Корелација буке не би утицала на појединачне сигнале на свакој од локација. Али да би се постигао веома значајан сигнал између детектора, ЛИГО сарадња узима у обзир како су оба сигнала корелирана. Ако та корелација није била поуздана, јер (на пример) постоји могућност да су корелације буке контаминиране [њеним] подацима, статистичка значајност детекције би се смањила. Другим речима, оно што изгледа као сигнал може бити изазвано само флуктуацијама.

Хоссенфелдер је изразио сумњу у то што је Џексон тада тврдио да је његова група вјероватно погрешила у својој анализи. То је свакако став ЛИГО-а, онда и сада.

"Данска анализа је погрешна", изјавио је за НИГ Цорнисх из Државног универзитета Монтана Нев Сциентистдодајући да је Џексонова група користила поједностављену анализу и направила неке врло основне грешке приликом одлучивања о томе како да анализира сирове податке и обрачунава буку.

Док Јацксон има значајну експертизу у анализи сигнала великих скупова података као што је ЦМБ, он не ради директно на гравитационим таласима, који су врло различите звијери. "Они долазе до [ЛИГО-ових података] са сетом алата који су развили за ово друго поље, космичко микроталасно позадинско зрачење", каже Схоемакер. "Они су одлучни да користе своје концепте и не покушавају да уче из нашег понекад горког, дугог и фрустрирајућег искуства."

"Анализа коју је урадио Џексон ет ал. тражи резидуале након што се од података одузму најбољи таласни облици, "каже Реитзе." Будући да одузети теоретски таласни облици нису савршена реконструкција правог сигнала - они никада нису, јер имамо дискретни скуп таласних облика које користимо за претраживање подаци - [они] налазе остатке на веома ниском нивоу и тврде да имамо инструменталне артефакте које не разумемо. Зато он верује да нисмо открили гравитациони талас. "

Другим речима, Џексонов тим тражи колизије користећи ограничени скуп моделираних сигнала. Међутим, стварни судари ће произвести сигнале који се у неким детаљима неизбјежно разликују од моделираних. И, према Реитзеу, ЛИГО не користи ову методу за прављење статистичких изјава о свом поверењу у детекцију.

Можда је најбољи аргумент у прилог валидности ЛИГО детекције број додатних детекција које је направио од тада, а посебно прошлогодишње спајање неутронских звезда, подржано истовременим гама зрачењем и сигналима у остатку електромагнетног спектра. . Џексон такође покушава да то објасни, али његов аргумент заснива се на чињеници да је ЛИГО првобитно мислио да је догађај лажни аларм јер се поклопио са "грешком" (чудним кратким бујицама које могу бити повезане са хардвером интерферометра). ЛИГО је успјешно уклонио тај проблем из својих података, али Јацксон једноставно не вјерује својој анализи.

За све звуке и бијес, став данске групе је мањинско мишљење. Чак и са физичарима са којима су писали Нев Сциентист у прилог анализи данске екипе још увијек мислимо да ће се на крају ЛИГО резултати задржати. Њихов нагласак је на потреби независне потврде ЛИГО анализе.

У том смислу, чини се да се људи слажу. Али Реитзе одбацује да су комплетни подаци из те прве вожње већ доступни онлине. Према Схоемакеру, ово укључује релевантне податке о временским серијама и кориштене програме, али "није тривијална ствар користити их." Цалтецх је чак одржао и тренинг радионицу о томе како се носити са подацима о гравитационом таласу. То је прилично далеко од тражења заједнице физичара да узме своју анализу на веру, као што Јацксон тврди у Нев Сциентист чланак.

У супротности са Јацксоновом тврдњом у чланку, технички документ је у фази рада на ЛИГО сарадњи, детаљно описујући како се њиме бавила бука у својим шумовима података, али то није био главни приоритет. Обућар признаје да је ЛИГО добио потребан подстицај да га заврши. "Били смо опрезни да напишемо папир који није побијање Џексона ет ал., јер не мислим да би то било веома корисно за заједницу, "каже он." Умјесто тога, биће више дидактички у вези са специфичним точкама гдје видимо да су имали потешкоће. "

Погледајте видео: Week 2 (Фебруар 2020).