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闲聊两句引力波

已有 859 次阅读 2017-10-30 10:27 |系统分类:观点评述

引用以前的一句话:

‘很多人都说:“数值程序的结果是没有意义的,只有来自物理概念分析的结果才有意义。”好吧,我知道这些人很多都被尊称为“大牛”甚至“大师”,但是我仍然要说,这么说话的人基本上是扯淡,或者是科盲+技术盲。在今天,想绕过数值程序?至少你不可能得出任何能与实验比对的结果,恩,也许你是个实验家+理论大师,你搞了个解析结果,然后直接去测量数据,那么,你知道从探头测出来的数据到仪器的输出,其中微处理器给你做了多少次修正和滤波么?你知道这些修正是用什么程序实现的么?更重要的是,你知道如何从这些结果反向修正出真正的实验结果么?’


我个人一直对LIGO的结果有些怀疑,补充一句我不是官科,但也自己一直和(科学网上或者网下)某些民科“大师”划清界限。怀疑的理由大概是这样的:LIGO的技术强度和里面干活的博士后的水准我不太怀疑,但我怀疑领导LIGO的大教授创新大师的工作作风。


LIGO的测量精度都能查到,我就不去复述了。当然很多人都在说怎么可能实现LIGO的测量精度而不受近距离比如山崩地震泥石流的影响?这个,其实你自己想想地球直立猿如何从蚊子和青蛙的嗡嗡嗡呱呱呱中听到别的直立猿的说话的?无非两个步骤:首先频率域滤波,就是说,专门监听自己特别感兴趣的那个频段;第二是模式匹配,把滤波剩下的讯号和预先已经建立的波形库(几十个国际音标而已!)进行比对,看看和哪个最像。


所以如果你来建立一个引力波探测器的话你差不多也是这样,前面的接收器咱不说,就说得到数据之后:第一步,把数据扔入滤波器,比如说先做一个傅里叶分析,然后把高频和低频信号统统砍掉,只剩下某个很窄的频段(30-300HZ?),然后再变换回来重建波形。当然这个波形已经完全和原来的原始数据没有任何相似之处了。(我说傅里叶分析只是为了解释,实际上直接傅里叶分析因为窗口长度会导致aliasing,需要再加各种技巧抹掉aliasing。据说LIGO为了避免这种问题,使用了一个直接时域滤波,具体算法反正各有奥妙,都是博士后和博士生的体力活) 第二步,出来的信号不断截取,和许多(几万个?几百万个?LIGO具体模板数目我没查)模板比较,找到像是个引力波讯号的东西。

问题在于就像我说的,地球直立猿的语音也就几十种元素,而引力波无穷无尽。解决方法是,取得某个看上去像是引力波(比如黑洞合并,在那个频段内,具有一个随时间频率不断增长而振幅变化不大的行为,这个和地震山洪什么的导致的回音波形上极易区分)的信号,然后去和别的台比对,如果在另外一个台几毫秒几十毫秒之后同样看到这个形状的信号,那么基本坐实了这是一个有意义的信号。


那么我不喜欢的事情是啥?基本上,第一个匹配的模式信号问题不大,但其他的台看到的信号波形都乱七八糟,要非常失真的拟合才能认为几个信号波形一样,这是什么玩意呢?


此外,对于这种东西,你能想象得出来,你需要的是白盒和黑盒校验一起来:公布数据处理代码,让更多的人去检查有没有写错的bug;给任意的噪声进去(这就是注入,只是你容易理解这种注入信号其实可以在程序里面加进去,如果写代码的人不说你根本不可能知道,因为它没有任何实际的物理过程),检查到底匹配出什么结果,尤其是不能用白噪声,因为实践中滤波算法会对谱很敏感;最后还有个比较高阶的要求:把滤波出来的信号减掉之后,剩下的信号谱要分析看看是不是理论上的无信息噪音。


那么剩下的问题就是,LIGO组有没有做这么严厉的验证测试呢?答案你也可以想象,这就是很多人有疑虑的原因。




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