双黑洞引力波探测发现的概率只有2.5%可信性
The possibility of the first direct observation of
gravitational waves is as lower as 2.5%
Cheng Xia xc7788@gmail.com
2020-07-18
摘要：
本文通过概率和逻辑分析，说明美国LIGO团队在2015年9月14日测量到在距离地球13亿光年处的两个黑洞合并所发射出的引力波信号(GW150914)
的可能发现概率2.5%。
Based on the analysis of the statistic data and the
combination of the possibilities, it was the conclusion that the
possibility of the first direct observation of gravitational waves
is as lower as 2.5%.
一 相关背景：2016年，美国LIGO团队与意大利VIRGO团队共同宣布，在2015年9月14日测量到在距离地球13亿光年处的两个黑洞合并所发射出的引力波信号(GW150914)
[1][2]。
LIGO运转着两架引力波探测器，两地相隔3002
km。两架探测器的运行原理与迈克尔逊干涉仪相仿。意大利VIRGO的一架引力波探测器，运行原理也是与迈克尔逊干涉仪相仿
[3]。
在2015年9月，美国LIGO科学团队进行的探测中，测验到一个信号持续了超过0.2秒，频率在八个周期内由35Hz增至250
Hz。这个信号被研究人员描述为鸟的“啁啾”[4]。
二 美国LIGO团队对双黑洞引力波探测发现的全面可疑性：
仪器测到信号和该信号与双黑洞引力波的内在联系是二种概率问题；方法上，对于任何理由或解释，都以概率考量的方式评估。
1) 在对信号经过更为细致的统计分析，并对自9月12日至10月20日中16天的数据也进行分析后，研究人员确认GW150914为真实的引力波现象，显著性超过5.1σ，置信水平为99.99994%。依据理论预测，引力波的传播速度为光速。位于利文斯顿的探测器比位于汉福德区的探测器早7毫秒发现信号，这与光在两地间传播时间相同。在被探测到时，该束引力波应已在宇宙空间中传播超过了十亿年。该现象发生在与地球的光度距离约410+160_180百万秒差距或13±6亿光年的位置，相应的红移为0.09+0.03_0.04，置信区间为90%。依据对红移数据的分析，该引力波是由两个质量分别为36+5_4倍太阳质量和29±4倍太阳质量的黑洞并合放出的，而并合后的黑洞的质量为太阳的62±4倍。其间减少的3.0±0.5倍太阳质量的能量以引力波形式释出，符合质能等价。引力波辐射的峰值□c率为3.6×1049W，是可观测宇宙所有可见光源功率总和的10倍多，约为普朗克功率的0.1%。在可探测信号持续的0.2秒内，黑洞间相对切向速度由光速的30%增至60%。它们的轨道运动频率为75Hz，约为引力波频率的一半。由此可以得出，在两个黑洞并合前，它们的距离仅为350km。这一相对极小的轨道半径意味着所观测的系统只能是黑洞[2][4]。
概率考量：
对于上述美国LIGO团队的观点，许多看法是二极的，但假设美国LIGO团队的观点可信，但肯定也不会是100%的吧，毕竟，那么远，那么重，还那么黑，而且还能黑到一起去，这些100%证明被科学们列入可信吗？！所以，即使假设可信的概率很高，高到90%，那也有10%的概率错误。
2) 意大利VIRGO团队的测量仪器处于下线状况，并没有测量到任何信息[4]。也搞不懂意大利VIRGO团队为什么要和美国LIGO团队共同去宣布发现了--距离地球13亿光年处的两个黑洞合并所发射出的引力波信号；美国LIGO团队为什么要拿意大利VIRGO团队来帮助宣布，按惯例，重大科学发现，都喜欢贪功发表，不愿意把首先发现让功给别人发表，这说明美国LIGO团队需要让更多人相信他们的宣布会更靠谱，实际可能是美国LIGO团队心里打鼓，对所谓发现的自信心不够。
概率考量：
如果美国LIGO团队有100%的信心，他们完全可以100%自己发表这一发现，因此，估计美国LIGO团队的整体信心也最多75%左右吧，把意大利VIRGO团队拿来背书，估计可以提升15%左右的对外宣布信心。也就是说美国LIGO团队关于引力波发现的信心指数最高只有90%而已。或许加上德国GEO600团队一起宣布可以提高到99%吧，但可惜没有这一共同宣布。
3) 引力波探测器是全天监测器，并不能解析出信号的空间信息。或简单地说，并不知道信号来自那里。然美国相距LIGO运转着两架引力波探测器，两地相隔3002
km，用引力波以光速传播(这是由对6.9+0.5_0.4ms的时间延迟进行分析得到的)而有引力波源只能被确定处于一个环形区域内；可信同时还要考虑两个探测器间的幅值以及相位的一致性。通过这一分析可以得到大小约为140
deg2（50%概率）或590
deg2（90%概率）的可信区域[5]。
概率考量：
就假设美国LIGO团队关于“90%概率”的可信区域为基础，也就是说美国LIGO团队关于引力波源的发现方向最高只有90%概率的可信性，不可信度也有10%，这可是美国LIGO团队自己计算的结论。
4) 其它证明同一引力波源的证据，如伽马射线暴，依据国际伽玛射线天体物理实验室的全天反符合屏蔽光谱仪的观测结果，以伽马射线及硬X射线形式释出的能量不到以引力波形式释出的百万分之一。这一上限一定程度上排除了引力波与伽马射线暴之间的相关性。其他波段电磁波：雨燕卫星在引力波被探测到两天后对临近估计位置的星系进行了观测，并没有探测到可见光、紫外线以及X射线波段的电磁波[6][7][8]。
概率考量：
假设其它物理学的理论和实践的可信性是90%，那么，这些都证明美国LIGO团队关于关于引力波源的发现方向最高只有是10%概率的可信性存在了。
5) 世界上还有意大利的VIRGO团队比萨附近的处女座干涉仪（Virgo）引力波探测器以及德国的汉诺威附近的GEO600探测器，但都恰恰不工作了或敏感性不行了，因而测不到美国LIGO团队测到的引力波信号(GW150914)[4]。
概率考量：
基于美国LIGO团队可以解释的理由而相信这些引力波探测器都恰恰在这一关键时刻没有发现美国LIGO团队测到的引力波信号，那么，美国LIGO团队解释或这种发生机会最大的概率可信性以90%作评估吧。
6) 引力波被美国LIGO团队确信为光速传播，能光速传播的，理论上“引力子”就得和光子一样“无质量”，但是，光子被证明存在，而“引力子”尚没有证明存在；如果美国LIGO团队测到的引力波是不需要“引力子”的，那意味着美国LIGO团队确信可以“隔空”接收信息了。毕竟，比引力波按光速度传播而慢些的可以证明这一波引力波过后的接踵而来的其它射线都没有被地球人类充满信心地证明接收到了。
概率考量：
基于美国LIGO团队可以解释或颠覆“引力子”的任何方案，也只能理论上认为只有50%的正确可能性。
7) 美国LIGO团队的管理上，一直存在着用以考察研究者辨识信号能力的“盲注入信号”[9]。为了保障这种测验的有效性，只有四个科学家知道这种信号会在何时注入。相关信息在这些信号经过彻底分析后才会告知给研究者。这科学管理上看起来蛮严格，但另一方面，说明LIGO的发展和观测过程中，“信号”不确定性或“信号”杂乱性是实际存在的事实。
概率考量：
假设“信号”不确定性或“信号”杂乱性的概率很低，但是否就是美国LIGO团队的所说的他们的发现是“显著性超过5.1σ，置信水平为99.99994%”呢？再考虑到美国LIGO关于在“持续的0.2秒内地球与太阳距离中的头发丝空间变化”被他们发现，也只能说美国LIGO“置信水平为99.99994%”只是纯理论上计算，实际可信性应该低得多，也就是说美国LIGO团队接收到一个信号是可信的，但接收到的信号就一定是引力波的可信性很LOW。假定按美国LIGO团队“心愿”考虑，只设定不正确性可能只有5%。
8) 就美国LIGO团队对双黑洞引力波探测发现的时候，地球上有四台可测引力波的装置。在地球面临一个重大时刻(测引力波的0.2秒时候)，意大利和德国这二台仪器都“掉链子”的可能性有，但恰恰这一刻也如此，就是概率问题了，所以，这一概率本应该不发生，但即使对美国LIGO团队的解释的可信性放大，那么，最多也就是90%。
概率考量：
即使对美国LIGO团队的解释的可信性放大，那么，最多也就是90%吧。
9) 进一步地，美国二台测量仪器同时能测出某一信号的实验数据并没有见过美国LIGO团队公布过。这些实验数据很重要，例如，美国“盲注入信号”放进过多少次，每次这二台测量仪器是否都能比较准地报告出来，这不是仪器的理论敏感性问题，而是实际敏感度的问题，假设实际敏感度与理论敏感理论敏感有误差，而用这种误差对二台仪器作概率评估，那么，即使每台仪器的误差只有5%的话，二台的误差就得是10%了。
概率考量：
即使对美国LIGO团队的可信性放大，那么，最多也就是90%。
三 结论
1 美国LIGO团队对双黑洞引力波探测发现的综合概率可信性：上述的概率分别按：1)90%；
2)90%； 3)90%；
4)10%； 5)90%；
6)50%； 7)95%；
8)90%；9)90%；以概率的基本原则相乘，那么，结论是：
2.52%；即美国LIGO团队发现是他们声称的引力波的可能性或可信性只不过是
2.52%而已。
2 当然，如果把上述怀疑的综合概率计算一下，概率就更是低了。尽管如此，但对一个2.52%的可能正确的事的怀疑已经不那么重要了。美国LIGO团队发现了一个LIGO可能测到的信号的可信性按美国LIGO团队的可信性分析--“显著性超过5.1σ，置信水平为99.99994%”--是否就是美国LIGO团队声称的“双黑洞引力波探测发现”完全是二种概率性的问题，美国LIGO团队把“置信水平为99.99994%”用于“双黑洞引力波探测发现”的可信性划等号不是一种科学态度。
那么，到底说明了怎么一回事呢？
综上所述，实际解释就是美国LIGO团队拿一个“双黑洞引力波探测发现”正确性很低的小概率事件，开了一个世界级的科学玩笑，引起了一阵轰动科学界的“啁啾”。
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