ここ理論物理学では、私たちは皆同じ夢を見ています。私たちは、方程式の 1 つがデータに対してプロットされ、ぴったり合う日を夢見ています。この夢が実現することはめったにありません。たとえそうだとしても、それを見るために生きていない人もいます.
たとえば、1955 年に亡くなったアルバート アインシュタインは、彼の方程式の最も驚くべき結果が確認される 60 年前です。時空には周期的なさざ波 (重力波) があり、何十億光年もエネルギーを運ぶことができます。
2015 年 9 月のブラック ホール衝突以来、レーザー干渉計重力波天文台 (LIGO) チームは、さらに 5 つのイベントを報告しました (6 つ目のイベントは重要性の基準をわずかに下回りました)。しかし、LIGO データはまだ処女地です。これは宇宙を解読するまったく新しい方法であり、物理学者は測定とともにデータ分析の方法を開発する必要があります。
単純な作業ではありません。重力波の測定は、偶然に発見されるようなものではありません。しかし、データが得られた今、物理学者は、ブラック ホールや中性子星の位置、組成、質量などの天体物理学に関する洞察を引き出すことができました。彼らは宇宙の膨張を測定し、アインシュタインの一般相対性理論の新しい精度テストを行いました。この理論は、これまでのところすべてのテストに合格しています。
しかし、アインシュタインの理論を非常に見事に確認したのと同じ測定により、おそらく、どこが間違っているかを明らかにすることもできます.
物理学者は、一般相対性理論がブラック ホールの中心近くで破綻することを知っています。しかし、ブラック ホールの中心は、私たちが決して見ることができない場所であることは有名です。それは、ブラック ホールの地平線によって保護されています。ブラック ホールを取り囲む表面であり、そこから光が逃げることはありません。一般相対性理論では、ブラック ホールの地平線には実体がありません。それは何の障害にもなりません。ブラック ホールは、地平線を通過しようとするものは何でも飲み込みます。
ほとんどの物理学者は、一般相対性理論がブラック ホールの地平線を正しく説明していると信じています。しかし、一般相対性理論と量子論の間の矛盾は、何か他のことが起こっている可能性があることを意味すると主張する人もいます.特に、ブラック ホールが「ファイアウォール」に囲まれているという主張は、物議をかもしていますが、地平線の別の説明に関する作業に拍車をかけています。
ブラック ホールの地平線がファイアウォールのようなもので遮られている場合、地平線は潜在的に重力波を反射する可能性があります。そうであれば、LIGO はこれらの変更の証拠を確認する必要があります。特に、2 つのブラック ホール間の衝突はエコーを生成するはずです。
これは、Vítor Cardoso が率いる物理学者と Niayesh Afshordi が率いる 2 つの独立した物理学者グループが提唱した基本的な考え方です。物質のある地平線の単純なモデルを使用して、研究者はブラック ホールの衝突によって放出された重力波の一部がブラック ホールの中心に向かって反射することを示しました。その後、波は再び外側に反射し、一部は再び地平線に反射します。ブラック ホールは、一端に半透明の鏡を備えた共鳴空洞のように機能します。振幅が減少する周期的な信号を放出します。エコーします。
理論は以上です。データはどうですか？ 2016 年後半、Afshordi と共同研究者は、公開されている LIGO データにカスタム設計された分析を適用し、エコーの証拠を探しました。驚くべきことに、彼らは探し求めていたところにエコーを見つけました。信号はそれほど重要ではありませんでした — 研究者は、信号が単なるノイズである可能性を 100 分の 1 と推定しました — しかし、それでも信号でした.
彼らの主張は大胆な主張でした。正しければ、アインシュタインの理論が失敗したことの証拠になります。
アフショルディのグループが論文を発表してから数週間後、LIGO 共同研究のメンバーが返信を出し、アフショルディの分析に対する懸念が生じました。その後、LIGO チームは独自の調査に着手しました。しかし、大規模な共同作業はゆっくりと進行するため、分析を完了し、作業を公開するための共同作業の承認を得るまでに 1 年以上かかりました。
LIGOメンバーの分析が利用可能になりました。研究者はエコーを発見しましたが、以前よりも統計的有意性が低くなりました。彼らは、エコーが単なるノイズである確率は 50 分の 1 であると結論付けました。さらに、この研究では、1 つの特定のイベント (それ自体の重要性が最も低いイベント) におけるエコーの最も強力な証拠が見つかりました。サンプルからこのイベントを取り除くと、エコーが本物ではない確率が 20% 近くまで上がります。
このデータ分析が実行可能であるためには、物理学者は検索対象の信号について仮定を立てる必要があります。 Afshordi のモデルに着想を得て、研究者はエコーが一定の間隔で発生し、指数関数的に減衰し、(振幅の減少は別として) 変更されないままであると仮定しました。多くの点で、彼らは可能な限り単純なエコーを探しています.
理論家は、データ分析を見直して、データにより適した仮説を立てることができるようになりました。しかし、同じデータを何度も再分析することは大きなリスクを伴います:より良い理論を開発する代わりに、ノイズをより良く増幅する方法を見つけるだけです.
彼らが探すエコーの種類が多ければ多いほど、何かを見つける可能性が高くなります。しかし、これらの試行を繰り返すと、統計的有意性の測定値が信頼できなくなります。
この行き詰まりを克服する唯一の方法は、新しいデータです。事件が解決されるまでには、理論と実験の間でこのやり取りをさらに何度も繰り返す必要があります。
これまでのところ、実験家と理論家の両方が交換が有益であることに気付いています。 「エコーを理論的にモデル化し、それらを検索するためのより良い方法を見つけることを全力で進めています」と、元の研究の著者であるアフショルディは述べています。彼はまた、別のグループが LIGO データにエコーの証拠を発見したことを指摘し、偽陽性のリスクは 1% 未満であると主張しています。
一方、LIGO 共同研究の研究者である Ofek Birnholtz は、「確かに緊張があった」と述べたが、ブラック ホールがエコーするという考えは「間違いなく、さらに調査する価値がある」と述べています。ブラック ホール エコーの探索は、LIGO Scientific Collaboration の公式目標の 1 つになりました。
ここ理論物理学では、私たちは皆同じ夢を見ています。
訂正:このコラムは 2018 年 3 月 28 日に更新され、ブラック ホール エコーの可能性に関連するデータの分析は、LIGO メンバーからのものであり、コラボレーション全体からのものではないことが明確になりました。
この記事は にスペイン語で転載されました Investigacionyciencia.es .
