英國伯明翰大學研究人員表示，當物理學家將多個引力波事件（如黑洞碰撞）結合起來測試愛因斯坦廣義相對論時，小的建模誤差積累可能會比之前預期的得更快。相關論文6月16日刊登於Cell Press細胞出版社旗下期刊iScience（《交叉科學》）。研究結果表明，如果一個目錄中有10到30個事件，而信噪比為20（這對於此類測試中使用的事件來說很典型），就可能產生偏離廣義相對論的誤導，錯誤地指向根本不存在的新物理現象。因為這接近於目前用來評估愛因斯坦理論的目錄的大小，作者認為物理學家在進行這樣的實驗時應該謹慎。
“用引力波事件目錄來檢驗廣義相對論是一個非常新的研究領域。”該論文第一作者、英國伯明翰大學物理與天文學院和引力波天文研究所講師Christopher J。 Moore說，“這是首個詳細研究理論模型誤差在這種新測試中重要性的研究之一。眾所周知，當你試圖測試一個理論時，需要仔細處理模型中的錯誤，但當開始在目錄中組合事件時，我們驚訝於小模型錯誤可以如此迅速地累積。”
1916年，愛因斯坦發表了廣義相對論，該理論解釋了巨大的天體如何扭曲相互連線的時空結構，從而產生重力。該理論預測，劇烈的外太空事件，如黑洞碰撞，會嚴重擾亂時空，從而產生被稱為引力波的漣漪，這種漣漪以光速在空間中傳播。像LIGO和Virgo這樣的儀器已經探測到來自數十個合併黑洞的引力波訊號，研究人員一直用這些訊號驗證廣義相對論。到目前為止，該理論一直能被證實。為了進一步推進這一理論，物理學家們現在正在多個引力波事件組合目錄上測試它。
“當我開始對引力波研究感興趣時，其中一個主要吸引人的地方是可以對廣義相對論進行新的、更嚴格的測試。”論文作者之一、伯明翰大學物理與天文學院和引力波天文研究所博士生Riccardo Buscicchio說，“這個理論非常棒，而且已經通過了一系列令人印象深刻的測試。但我們從物理的其他領域知道，它不可能完全正確。試圖找出它到底錯在哪裡是物理學中最重要的問題之一。”
然而，雖然更大的引力波目錄可以讓科學家在不久的將來更接近答案，但它們也放大了出錯的可能性。由於波形模型不可避免地涉及一些近似、簡化和建模錯誤，對於單個事件具有高度準確性的模型在應用於大型事件目錄時可能被證明具有誤導性。
為了確定波形誤差是如何隨著目錄規模的增加而增加的，Moore和同事使用簡化的、線性模擬目錄執行大量測試計算，其中包括繪製每個引力波事件的信噪比、失配和模型誤差校準角度。研究人員發現，建模錯誤累積的速率取決於建模錯誤在許多不同的目錄事件中是否趨於平均、每個事件的偏差值是否相同，以及波形建模誤差在各事件中的分佈情況。
Moore說：“下一步，我們將找到針對這些特定情況的方法，使用更現實但計算成本更高的模型。如果要對測試結果有信心，我們必須首先儘可能好地理解模型中的錯誤。”
閱讀論文原文：https：//www。cell。com/iscience/fulltext/S2589-0042（21）00545-9
瞭解更多最新研究，請關注Cell Press細胞出版社官方微信“CellPress細胞科學”
