于无声处听惊雷

——引力波探测成功4周年

2015年9月14日，全面升级后的LIGO（激光干涉引力波观测站）还有几天才正式投入使用，可是谁也没想到，盼望多年的引力波突然到来了——这就是GW150914引力波事件。LIGO团队在内部全面检查可能引起这次事件的原因，同时对外界严格保密。在随后的4个月观测期里，他们又检测到了一例引力波事件。

2016年2月11日，LIGO团队宣布，首次直接探测到了引力波，而且这是首次观测到了双黑洞的碰撞与并合。UTC时间（协调世界时）2015年9月14日9点50分45秒（北京时间17点50分45秒），LIGO位于美国路易斯安那州的利文斯顿（Livingston）和华盛顿州的汉福德（Hanford ）的两个的探测器，观测到了一次置信度高达5.1倍标准差的引力波事件：GW150914。

全世界都沸腾了，各种赞扬和荣誉纷至沓来。有人说，LIGO团队太沉得住气了，以至于错过了2016年诺贝尔奖的提名截止期（1月31日）。但他们只不过多等了一年而已。2017年初的诺贝尔奖提名肯定没有被错过，而在那时候，引力波的第二次观测期刚刚开始、还没有公布任何新的观测结果。

2017年9月，仿佛是为了向诺贝尔奖冲刺，LIGO团队先后发布了两个重大新闻。第一个是位于欧洲的VIRGO在7月底正式投入使用，并很快就和LIGO一起探测到一例引力波事件GW170814，而且定位的精度有了极大的提高。第二个更是重磅新闻，他们观测到了黑洞和中子星并合的引力波事件GW170817，而且后续的天文学观测看到了与之伴生的电磁信号（伽马射线、光学信号，等等）——引力波触发的多信使天文学时代似乎已经到来了。

2017年10月初，诺贝尔奖委员会宣布将2017年诺贝尔物理学奖授予为引力波探测做出巨大贡献的三位科学家，雷纳·外斯（Rainer Weiss）教授、巴里·巴里什（Barry Clark Barish）、基普·索恩（Kip Stephen Thorne）教授。而此时观测到的引力波事件一共只有5次。

几十年的奋斗，几千人的努力，几十亿美元的投入，终于得到了预期的成果和荣誉。但是生活和工作仍然要继续。

2018年12月，LIGO团队宣布，经过耐心细致的分析，他们在前两期探测的数据中又发现了6次引力波事件。这样，总共发现的引力波事件数上升到11次：第一个探测周期（4个月）发现了3次，而第二个探测周期（8个月）发现了8次，其中有6次出现在最后一个月里，也就是LIGO和VIRGO共同工作的时期。

2019年4月1日，为期一年的第三次引力波探测开始了。根据LIGO团队发布的信息来看，探测灵敏度有了显著的提升，探测体积增大的原来的大约3倍，预期会看到更多的引力波事件，还有可能看到新类型的事件。从事天文学观测的科学家们更是充满了期望，希望能够看到更多的引力波触发的多信使天文学事件。

然而，前两个月的结果最多只能说是让人喜忧掺半。喜的是，确实观测到了更多的引力波事件；忧的是，引力波事件出现的频次似乎并没有显著提升。比较第二观测期最后一个月和第三观察期前两个月的探测事件数（在这三个月里，三台探测器是同时都正常工作的），可以看到并没有什么明显的变化（分别是6次、5次和8次），如下图所示。从这个图还可以看出，引力波事件似乎也不是随机分布的，例如，在5月10-21日这11天里，发生了7次引力波事件（21日更是发生了两次），而在接下来的11天里，1次也没有发生。

在4-5月这两个月里，发现了10多次引力波事件，300多次的跟随观察。但不幸的是，目前还没有任何观测结果表明与引力波有什么关系。典型的后续观测报告是，听到引力波事件发生的消息以后，我们马上（尽最大可能，尽最快速度）去那里看了，但是什么也没看到。具体的说法有很多种，有些是直接说没看到，有些是什么也不说，有些是给出了自己的观测范围，有些是给出了相关信号的上限（其实就是他们仪器的观测噪音本底），有些说我们正在分析数据，如果有什么东西，我们将来会宣布的。在最近几周里，很多观测报告直接在题目里说“没有看到”或“给出上限”——也许大家都有些疲劳了。

S190425z是个大事件，引起了100多次后续观测，因为这是双中子星合并事件（概率是99%），很有可能引起其他可观测的天文学效应，就像GW170817那样。很多观测站都关注并测量了随后的事态发展，但是并没有发现什么。有个说法是，即使发生双中子星并合事件，也不一定能出现其他可观测的天文学事件。比如说，伽马暴的观测结果可能依赖于双中子星的转动轴与视线的夹角——如此看来，GW170817可真是幸运啊。

2019年8月14日，观测到了一种新的引力波事件S190814bv，据说它可能是黑洞和中子星的并合事件。接下来又是大约100次的后续观测，然而谁也没有看到什么东西（我是说可以确认的）。现在，第三期探测已经进行了5个多月，总计宣布了35次可能的引力波事件，引起了800多次的后续观测，然而并没有出现引力波触发的多信使天文事件。

下图简单总结了过去5个半月里公布的引力波事件。从4月1日到9月14日，一共公布了35个（最上面的一排蓝色点），其中有7次虚报（紧挨着的桔色圆圈）。中间的一行把剩下的28次事件按照类型画了出来，其中有20次双黑洞事件（黄色点），6次双中子星事件（蓝色点），2次黑洞中子星事件（绿色点）。最下面一行给出了虚报事件的类型，除了第一次虚报没有给出类型以外，其他有4次虚报为双中子星事件（蓝色点），1次黑洞中子星事件（绿色点），1次“质量间隙（MassGap）”事件（红色点）。为了看起来更清楚，发生在24小时以内的第二次事件，都向上略微移动了一些。

作图说明：在虚报的情况里，事件的起因大多是先归因于“地面”，然后才是“双中子星”、“黑洞中子星”或“质量间隙”，LIGO发出的通告也是给出这几种可能性的百分比。我在作图的时候，把地面因素都去除了，采用的是下一个可能性最大的原因。

由此看来，对双黑洞事件的判断是最准确的，从来没有虚报。但不幸的是，这种类型的引力波事件不会触发任何其他天文学观测。有可能导致多信使天文学事件的双中子星并合与黑洞中子星并合，虚报的可能性超过40%，而唯一的“质量间隙”事件也是虚报的。这些还不是最让人丧气的，真正让人气短的是，它们没有导致任何多信使天文学事件——截止到9月14日，关于引力波事件及其后续天文观测的GCN报告已经有800多条，但并没有一次像GW170817那样的后续电磁事件的报道。

这就自然会让人想到许多问题：

探测灵敏度大幅提高以后，为什么观测到的引力波事件反而少了？难道是LIGO团队在公布结果的时候有所保留？现在基本上是每月平均4-5次，与2017年9月时公布的最后一个月2次相比，还是多了的，但是与2018年12月公布的最后一个月7次相比，就有些太少了。

LIGO团队在关键时刻总是得到很好的结果，真的是“强者运强”吗？比如说，第一次引力波事件GW150914出现在系统正式投入运行之前几天，而且具有最大的信号幅度。再比如说，第一次黑洞中子星并合事件GW170817出现在VIRGO正式投入运行之后不久，而且是在伽马暴监测卫星宣布检测到伽马暴GRB 170817A之后6分钟，LIGO才发布了引力波事件GW170817的预警，使得这唯一的一次引力波“多信使天文观测”事件的成色有所不足（这是信噪比最高的一次，同时也是受到巨大干扰的一次）。

引力波事件的出现频次看起来不是很像随机的。集聚和离群的情况都让人有些迷惑。在5月10-21日的11天里，发生了7次引力波事件（21日更是发生了两次），而在5月22日-6月29日这一个多月里，以及在7月28日-8月27日这一个月里，都只发生了一次。在24小时内发生两次引力波事件的情况，出现了4次。最短的一次间隔只有21分钟（8月28日）。

自8月份以来，不是双黑洞的引力波事件（双中子星事件2次，黑洞中子星事件2次）竟然多于双黑洞事件（2次），而虚警次数也显著增加（共4次，其中双中子星事件3次，黑洞中子星事件1次）。是不是哪里出了问题？

这些又让我想起了以前的一些疑惑。

LIGO在更早期的运行中，是可以注入假信号的，而且只有几个人知道是否注入了假信号，其他人即使花费半年时间也找不出岔子来。但是这个假信号到底是怎么注入的？别人为什么不能发现？似乎并没有详细的报道。这种注入方法是用硬件还是软件实现的？也不是很清楚。

LIGO的Hanford 观测站本来是有两台激光干涉仪的。除了4公里臂长的那台以外，还有一台2公里臂长的。以前提出的探测判据之一就是，这两台应该同时测量到信号，而且信号大小应该是2:1。可是在升级LIGO的时候，2公里臂长的引力干涉仪被拆掉了，有人说是它会干扰4公里臂长的干涉仪，也有人说，是为了支援印度建设引力波观测站。但我总是觉得有些怪怪的。

丹麦有个研究小组，对于GW150914事件的信号提取和噪声消除，一直有着不同的看法。细节就不说了。

这些问题都没有显而易见的答案，让人想得头疼。我推开键盘，起身走向书架，想找本书来消遣一下，可以是曹禺，

所有的帷幕都是崭新的，一切都是兴旺的气象，屋里家俱非常洁净，有金属的地方都放着光。屋中很气闷，郁热逼人，空气低压着。外面没有阳光，天空灰暗，是将要落暴雨的神气。……午饭后，天气很阴沉，更郁热，潮湿的空气，低压着在屋内的人，使人成为烦躁的了。

也可以是高尔基，

在苍茫的大海上，狂风卷集着乌云。在乌云和大海之间，海燕像黑色的闪电，在高傲的飞翔。……这是勇敢的海燕，在怒吼的大海上，在闪电中间，高傲的飞翔；这是胜利的预言家在叫喊：让暴风雨来得更猛烈些吧！

但最后，我还是拿起了鲁迅，

沉默啊，沉默啊！不在沉默中爆发，就在沉默中灭亡。

我只能说，引力波触发的多信使天文学时代还没有到来。这当然不取决于我的看法，而只取决与科学和技术的进步。也许他明天就会到来，也许永远不会到来，而我只能耐心地“等待戈多”。

引力波已经发现四年了。在过去的四年里，引力波引起了全世界的关注，获得了世俗社会里最高端的荣誉——诺贝尔物理学奖，但是在四年后的今天，引力波仍然需要接受科学殿堂上最严厉的检验——独立的实验观测证明。