LIGO引力波信号：基于公开数据的仪器噪声实证分析

引言：科学实证的核心原则

科学发现的可靠性建立在可重复的观测、透明的数据、以及自洽的物理逻辑之上。LIGO合作组自2015年首次宣布探测到引力波以来，其发现极大地推动了天体物理学的发展。然而，科学进步同样依赖于对既有结论的持续检验。本文严格基于LIGO合作组公开的数据与基础物理常识，通过不可辩驳的实证逻辑链，论证其部分引力波信号可能源于仪器自身的系统性噪声，而非天体物理过程。

第一部分：34个“幽灵指纹”——FAR值的仪器关联性

事实一：固定不变的误报率（FAR）

FAR（False Alarm Rate，误报率） 是LIGO判断引力波信号是否真实的核心指标。它表示“在无真实天体物理事件的情况下，随机噪声产生类似信号的统计概率”。FAR值越低，信号被认为越可能是真实的。

关键发现：在LIGO公布的34个独立引力波事件中，它们的FAR值完全相同，均为 3.168 × 10⁻¹⁰（即大约每100年发生1次）。

数据来源：包括GW231123在内的多个事件均显示这一精确数值（参见arXiv:2507.08219）。

问题：34个独立的宇宙事件，为何会巧合地拥有完全相同的统计显著性？ 如果它们是真实的黑洞合并，其FAR值应因信号强度、噪声环境等因素而自然波动。

事实二：FAR值对应一个固定的物理尺度

FAR的计算基于时间尺度，而时间尺度可以转换为物理长度（长度 = 光速 × 时间）。

计算：

FAR = 3.168 × 10⁻¹⁰ 对应的时间尺度约为 3.168 × 10⁻¹⁰ 秒。

对应的物理长度：

\text{长度} = c \times \Delta t \approx 3 \times 10^8 \, \text{m/s} \times 3.168 \times 10^{-10} \, \text{s} \approx 0.095 \, \text{米} \, (\text{约9.5厘米})

关键问题：这个9.5厘米的尺度从何而来？

它精确对应于LIGO干涉仪内部的关键光学结构，例如：

激光光束在干涉臂中的衍射极限光斑尺寸（通常在厘米级）。

光学腔体的共振腔长度或反射镜间距的微小调整尺度。

噪声源（如热噪声、量子噪声）在干涉仪内部传播的特征长度。

事实三：该尺度不可能来自宇宙事件

天体物理事件（如黑洞合并）发生在数百万至数十亿光年外，其引力波信号在到达地球时，携带的是宇宙尺度的信息（如数万公里级的波形变化）。

然而，FAR值却精确绑定到一个地球实验室的微观尺度（9.5厘米），这意味着：

如果信号是真实的宇宙事件，其统计显著性（FAR）不应与LIGO的内部结构有任何关联。

但34个信号的FAR值完全相同，且对应一个仪器内部尺度，这强烈暗示它们可能是仪器噪声的系统性特征。

结论（第一部分）：

34个引力波事件的FAR值完全相同，且对应一个9.5厘米的仪器内部尺度，而宇宙中的随机事件不可能如此精确地匹配地球实验室的物理参数。

这一“幽灵指纹”表明，这些信号更可能是LIGO探测器自身的噪声模式，而非独立的天体物理事件。

第二部分：黑洞质量的规律性漂移——激光功率的影响

事实四：推断黑洞质量随观测期系统性增大

LIGO合作组宣称探测到的黑洞合并事件中，最大黑洞质量呈现明显的上升趋势：

O1期（2015-2016）：最大黑洞 ~36倍太阳质量（GW150914）

O2期（2016-2017）：最大黑洞 ~50倍太阳质量（GW170729）

O3期（2019-2020）：最大黑洞 ~85倍太阳质量（GW190521）

O4期（2023）：最大黑洞 ~137倍太阳质量（GW231123）

问题：为何宇宙中的黑洞质量会随着LIGO的升级而“系统性增大”？ 这与天体物理学的预期（黑洞质量分布应相对稳定）不符。

事实五：质量漂移与激光功率升级同步

LIGO的灵敏度提升依赖于激光器功率的增加：

O1期：激光功率 ~100 kW

O4期：激光功率 >400 kW（提升超4倍）

激光功率增强会引入非线性光学效应，例如：

克尔效应（Kerr Effect）：高功率激光会导致光学元件（如镜面）产生微小的形变或相位畸变，从而引入低频噪声。

热噪声与散粒噪声的变化：更高功率可能导致干涉仪内部的热力学平衡改变，影响噪声谱。

逻辑关联：仪器状态如何“伪造”黑洞质量？

更高激光功率 → 更强的非线性噪声（如低频啁啾）

数据分析算法依赖黑洞合并模板匹配，当噪声特征改变时，算法会自动匹配质量更大、轨道频率更低的黑洞模型（因为低频信号更易被误判为“缓慢合并的黑洞”）。

结果：激光功率越高，算法推断的黑洞质量越大，导致“探测到的黑洞”质量随LIGO升级而规律性上升。

结论（第二部分）：

黑洞质量的“系统性增大”与LIGO激光功率的升级高度同步，这表明所谓的“更大黑洞”可能是仪器噪声在数据分析中的系统性偏差，而非真实的宇宙演化趋势。

最终结论：LIGO信号需重新审视

1. 34个“幽灵指纹”信号——仪器噪声的铁证

34个引力波事件的FAR值完全相同（3.168 × 10⁻¹⁰），且对应一个9.5厘米的仪器内部尺度。

宇宙中的随机事件不可能如此精确地匹配地球实验室的物理参数，这强烈暗示这些信号是LIGO探测器自身的噪声模式。

2. 黑洞质量的规律性漂移——激光功率的系统性影响

最大黑洞质量随LIGO升级而上升，与激光功率增强同步。

这表明所谓的“更大黑洞”可能是高功率激光引入的非线性噪声，在数据分析中被误判为更大质量的天体。

科学建议

LIGO合作组应公开激光功率、噪声模型与信号触发率之间的相关性数据，并进行独立的第三方验证。

在未彻底排除仪器噪声影响之前，部分“引力波事件”的天体物理解读应被视为假说，而非确凿发现。

科学的本质是质疑与验证。当数据指向一个令人不安的结论时，真正的科学态度是勇敢地重新审视它——而非固守旧有范式。