普天同庆:LIGO 发现引力波

 

简要看了看 LIGO 的实验原理,觉得和百年前的迈克耳逊莫雷实验有异曲同工之妙。

LIGO 原理

个人认为,今年的诺贝尔物理学奖估计没什么悬念了。甚至可以说,该实验必将永载史册,与迈克耳逊莫雷实验(启发了狭义相对论)和爱丁顿的星光实验(参见 Tests of general relativity)并列。

后记:出乎本人意料,2016 年引力波未获诺奖;但该来的还是会来的,引力波在随后的 2017 年得奖,可谓众望所归。

对于可信度,数据分析的结果是 $5.1\sigma$ 的 significance; 也就是说,该结果是随机噪声的可能性低于:

\[1 - \int_{-5.1\sigma}^{5.1\sigma} \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^2}{2\sigma}} \operatorname{d}\!x\]

也就是说该结果不是随机噪声的可能性高于:

\[\int_{-5.1\sigma}^{5.1\sigma} \frac{1}{\sigma\sqrt{2\pi}}e^{-\frac{x^2}{2\sigma}} \operatorname{d}\!x\]

数值积分,得到的结果是 $0.999999660$, 几乎是确切无疑了。

事实上原文说的是 false alarm 可能性 $<2\times10^{-7}$, 计算出的 significance 在 $5.1\sigma$ 至 $5.2\sigma$ 之间。貌似高能物理实验中,超过 $5\sigma$ 方可认定为可靠的“新发现”。

如今的物理学发展和 1900 年代确有几分相似:首先是“晴空万里”,标准模型登峰造极;然而仍有几朵“乌云”,比如诡异的暗物质和暗能量,比如中微子振荡(说明中微子有质量,与标准模型的预测不符)。或许,物理学又将发生重大的变革。然而坏消息是,无论是在粒子物理还是在天体物理方面,实验似乎都有些落后于理论(尤其是在中国)。实验和理论并驾齐驱,互相促进,这是最理想的状态。真心希望这可以在不久的将来得以实现。