引力波：无声的灾难

尽管期望值很高，但LIGO和处女座探测器几乎11个月来一直在产生错误警报。这对正在应用的方法提出了严重的问题。

随着2017年诺贝尔物理学奖授予雷纳·韦斯、巴里·C·巴里什和基普·S·索恩，引力波是否被直接探测到的问题似乎永远解决了。从那时起，引力波就进入了基础物理学的讨论领域。诺贝尔奖委员会的决定是基于2016年2月新闻发布会上展示的超强引力波信号GW150914和信号GW170817。后者被归因于两颗中子星的合并，因为另外两台望远镜记录到了一致的信号。稍后会详细介绍这一点。

引力波的发现引起了热烈的反应，天文学的新纪元被期待着。引力波，宇宙的“新窗口”，将加入其他望远镜，带来全新的洞察力。许多人将这一发现与伽利略在1609年首次使用望远镜相提并论。因此，当已经成功的探测器的灵敏度再次显著提高时，社区感到兴奋。人们不一定要是乐观主义者，才能期待2019年4月开始运行的O3观测运行会发生数十起壮观的事件。然而，到目前为止已经交付的是…。没什么。

准确地说，没有一个合作的引力波信号可以被独立验证。取而代之的是令人费解的大量错误警报和信号，这些错误警报和信号随后被降级。原则上，其他望远镜可以证实15个事件，但没有一个(！)。通过了测试。此外，天文台亦取消了十九个红色灯号。其中一些最初被认为是非常重要的-例如，信号GW191117j的错误报警率估计为280亿年(！)，GW190822c的错误报警率为50亿年1，GW200108v的错误报警率为10万年1。在观察期不足一整年的情况下，这是相当“危言耸听”的。换句话说，这些虚警率估计显然是无稽之谈。为什么质量保证算法会以如此明显的方式失败呢？

这些事件的命名约定相当特殊。除了日期，它还用了两个字母。这意味着，例如，在190814bv事件之前，2019年8月14日的其他67个信号已经被确定为“故障”，尽管探测器最初将它们定性为引力波。然而，被认定为“故障”的标准仍然相当不透明。这让人几乎没有信心，因为收回通常是在信号未能被其他观察证实之后发生的。另一方面，分配给黑洞的信号显然是毫不犹豫地被信任的，引力波群体被认为对黑洞有独家看法。

“迷失在数学中”(Lost In Math)的作者萨宾·霍森费尔德(Sabine HossenFelder)在她的博客中简洁地评论道：她已经在其他地方指出了LIGO数据分析的缺陷：

各位，这让我有些头疼。如果您不知道为什么您的检测器检测到与您期望的不同的东西，那么在它确实看到您期望的东西的情况下，您怎么能相信它呢？

事实上，对“故障”看似即兴的解释表明，除了避免与其他(非)观察到的明显矛盾之外，并没有系统的程序来将真实信号与人工制品区分开来。不幸的是，所有53个“探测候选者”都有一个共同点：数据库条目“到目前为止没有EM观测条目”；简而言之：没有其他人看到它。

我们不要忘记，LIGO/Virgo声称专门探测到的那些来自黑洞的信号给现有的模型带来了相当大的压力，这些模型认为这个质量范围内的黑洞几乎是不可能的。

特别大胆地声称，单探测器(！)。信号S190425z来自合并的中子星，同时给它指定了1：69,000年的虚警率-顺便说一句，这与LIGO本身的一篇方法论文章相矛盾。

大多数媒体倾向于将这种未经证实的关于LIGO/处女座的说法誉为发现。然而，升级后的实验自2019年4月开始运行，其主要结果是合作的数据分析存在缺陷。

然而，如果人们关注自2016年宣布这一发现以来的发展，这就不会令人惊讶。哥本哈根尼尔斯·玻尔研究所(Niels Bohr Institute)的一个团队对数据进行了首次独立评估，该团队由安德鲁·D·杰克逊(Andrew D.Jackson)代表。他们对数据的检查揭示了残留信号中奇怪的相关性，其来源仍不清楚-尽管该合作伙伴声称所有异常都已被解释清楚。

当原始数据(经过相当大的预处理和滤波之后)与所谓的模板(即来自数值引力波模拟的理论预期信号)进行比较时，会产生剩余信号。然而，在数据分析中，这样的过程只有在确定信号的存在并确切知道其形式的情况下才是合适的-否则模板分析是自欺欺人的工具。杰克逊在一次演讲中非常有效地展示了这一点，他将这一过程比作汽车牌照的自动图像识别。从一张模糊的图片中准确阅读是没有问题的(见下文)，但前提是周围行驶的所有汽车都有精确定义的大小和字体的车牌。

然而，如果将该算法应用于自然图像，它将从任何带有黑点的黄色区域识别特定的车牌号。这似乎正是引力波正在发生的事情。

从技术上讲，这只是一种新现象：如果数据的组成不完全清楚，过滤必然会产生假阳性结果。

在此背景下，2018年11月爆出了一件尴尬的事，当时合作不得不承认，最初出版的《出于教育目的》中对信号和残差的区分是“亲眼所见”的。但更大的丑闻是，使用的模板并不总是被公布-在一个案例中，甚至在事后更换，没有任何宣布。顺便说一句，这是GW150914和GW170817两个决定性信号的特别缺点。

这个来自哥本哈根的小组对他们的批评相当有建设性，他们开发了一种方法，这种方法使用纯粹的统计特征来检测信号，而不使用臭名昭著的模板。当应用这种方法时，2015年9月的第一次事件显示出明显的意义，但是-现在变得真的很奇怪-显然只有第一次事件GW150914！因为--不管是有意还是无意--关于O3信号强度的概述还没有公布。现在已经探测到了50多个新的信号-所有这些信号想必都比GW150914弱得多-这一事实极大地加剧了人们对第一个信号真实性的挥之不去的怀疑；即使是顶级科学家也承认了这种怀疑。在一次不安全的工程运行中，如此异常强烈的引力波可能会在投产后不久被称为“幸运”，但在五年后，它肯定会造成不安。如果在接下来的十年内没有统计上显著的信号出现，GW150915是否仍应被认为是真实的？

LIGO/处女座解释的倡导者更愿意依赖GW170817作为引力波的主要证据。这一事件引起了相当大的媒体关注，因为据称LIGO发现了一颗双星中子星的合并，这与伽马射线仪器Integral和Fermi以及其他光学望远镜的观测结果一致。不幸的是，有一些不一致之处：LIGO的探测直到其他望远镜标记了信号几个小时后才公开；处女座实验室三天前刚刚投入使用，没有贡献任何可识别的信号；LIGO/处女座和欧洲航天局同一天的网络故障；对信号与中子星合并的兼容性的怀疑；必须过滤的强烈故障的叠加；非常微弱的光学信号，等等-所有这些都在科学界讨论过。另一方面，许多引力波科学家争辩说，LIGO的方向信息比其他两台望远镜要准确得多，并声称这一发现几乎不可能是一致的。

因此，即使消息灵通的人也认为GW170817是由引力波引起的，但这一论点并不是合适的证据。如果像直接探测引力波这样的基本问题岌岌可危，那么根据预先定义的规则和科学标准提出证据是至关重要的。到目前为止，还没有为GW170817发布模板。这是官方目录(第21页)中唯一提到的缺少模板的事件。几位著名的研究人员已经索要了这个模板--甚至都没有得到答复。这太可耻了。科学意味着重现性。难道LIGO不在乎这个吗？或者他们甚至不知道使用的是哪个模板？事实上，甚至不知道谁正式负责从众多的模板中选择正确的模板。

总而言之，关于GW170817是否为引力波证据的讨论类似于争论一名服用兴奋剂的运动员是否可能在没有药物的情况下创造了世界纪录。如果这样的政策被容忍，科学将会走向何方？此外-继续我们的类比-我们的运动员在许多比赛中都无法与自己的记录相提并论！这是一个相当令人不安的巧合，与GW150914和GW170817相关的数据-这是这两个事件中的第一个事件，并通过大型新闻发布会进行庆祝-是在不正常的情况下获得的，在长时间的一系列测量中，在技术条件大大改善的情况下无法重现。

也许我的评估会被证明是错误的，而O3观测运行可能会在2020年4月底之前提供令人信服的事件。然而，人们应该意识到对缺失结果的另一种误导性解读，这种解读似乎已经在流传。不幸的是，使理论模型适应令人不安的观察现实在科学上并不少见。可以预期的是，在O3连续失效的情况下，大质量黑洞合并和(可见)中子星的比率将简单地被认为是较低的。对后者的估计已经从100个事件减少到1个(！)。最近每年(与2013年相比)。对于一门精确的科学来说，这是一种令人震惊的灵活性。只有一个问题：估计发生此类事件的可能性越低，它们在仪器准备就绪和诺贝尔奖颁发之间相对较短的时间内发生的独家事件就越奇怪。

一般来说，大多数媒体更喜欢夸大半生不熟的耸人听闻的新闻(例如这里)，而不是触及真正的问题；不幸的是，科学也不例外。此外，批判性科学的资源通常非常有限-例如，大多数编程工作都是在

发现总是伴随着科学界中占主导地位的观点的突然改变，正如社会学家和引力波专家哈里·柯林斯(Harry Collins)在这一案例中所描述的那样。在收到第一封关于GW150914的电子邮件后的几天内，大多数科学家开始确信这个信号是真实的。尽管在接下来的几个月里进行了多次测试，但在这些早期发生的事情在心理和社会上都是不可逆转的。同样的道理也适用于新闻发布会，它甚至更快地说服了大多数其他科学家直接探测到波。发现总是突如其来，会激起欣喜若狂，并渴望与他人分享自己所取得的成就。

“找到东西和找不到东西之间没有对称性。找不到东西比找东西…难得多。“。哈里·柯林斯。

另一方面，实验的失败是一个漫长的、灰蒙蒙的、令人沮丧的过程，人们不喜欢谈论这个过程，而且经常被压抑。在长时间的一系列小失望中，比如在O3观测运行中所经历的，根本没有值得报告故障的合适时刻。当然，同样是媒体-通常更倾向于耸人听闻的炒作，而不是冷静的事实分析-在这里做出了重大贡献。

一般说来，基础科学受到了借用资本主义经济逻辑的竞争环境和事实生产范式的影响。天文学家(他们一直是LIGO资金的竞争者)长期以来一直认为，鉴于LIGO投入的所有资金，LIGO将不得不在某个时候“交付”。2015年完成的先进LIGO的“失败”将使进一步的资金受到质疑，尽管实现这种探测器灵敏度的科学结果的价值并不会降低。有一种不健康的压力，要求产生本应引起公众关注的结果。不足为奇的是，这会转化为个人研究人员的虚假奖励制度。有些人不抵制用科学中同样有效的注意力货币进行交易的诱惑。

“嗯，天上有什么新情况吗？”--“陛下已经知道那些旧东西了吗？”(皇家天文学家弗里德里希·阿吉兰德致普鲁士国王弗里德里希·威廉四世)。

这导致了一些离奇的消息，比如一对所谓的中子星对(没有独立的证实)，一次所谓的超新星爆炸(后来证明是一种错觉)，一次特殊的中子星碰撞，这让研究人员“重新思考了多年的公认知识”，甚至是一个有70个太阳质量的黑洞，LIGO过于仓促地将其称为对他们大胆主张的确认。这样的发现除了娱乐无聊的科学怪胎之外，什么也做不到；更不用说推进基础物理了。

引力波物理学是否会成为原本看不见的天文物体的草率生产者，还是回到证据和科学完整性的良好标准，还有待观察。要实现后者，以下内容是必不可少的：

-发布到目前为止使用的所有模板和其他数据，以便尽可能容易地进行复制。

-返回到无偏见的数据分析，没有产生不受控制数量的假阳性信号的模板。

--为可疑事件GW150914和GW170817设定固定的“到期日”，之后将不再被视为真实事件，直至发现同等强度的信号或得到其他望远镜的独立确认.。

-回到只有当LIGO/Virgo根据测量预测到其他望远镜确认的事件时才给出直接探测证据的政策。