LIGO作弊了吗？为什么有人说迈克孙干涉仪不能探测到引力波？

今天看到一篇论文，题目是《LIGO发现“引力波”的闹剧可以休矣》，本文就该论文中提出的LIGO干涉仪实验中的论点和论据进行分析，并阐明LIGO引力波探测装置的可行性，LIGO发现引力波的实验是真实的。

这篇论文被发表在《前沿科学》和《Journal of Modern Physics》（这两个刊物都是科学领域权重比较高的权威刊物），论文中宣布他们发现了引力波存在是光的波长和速度同时改变导致LIGO实验的致命错误。

他们给出LIGO不可能发现引力波的几个理由：

1、LIGO实验中迈克尔逊干涉仪相位不变的证明；2、引力波存在时光速不是常数；3、LIGO实验无法用时间差计算干涉图像的改变；4、第三种计算方法存在问题；5、对LIGO实验装置的精度进行质疑，提出背景噪音远大于可观测的引力波变化；6、外部证据，LIGO实验没有找到对应的引力波爆发源；7、LIGO实验中引用的广义相对论公式不正确；8、LIGO实验中整个系统由大量带电粒子组成，受电磁相互作用的支配。引力波强度太弱，不可能是干涉仪两臂长度发生改变；9、比原子核小1000倍的距离变化已经进入微观范畴，是不可测量的；10、奇异性黑洞至今没有被观察到，实际上是不可能存在的。

说真的，看完这篇论文里提供的LIGO十宗罪，我都开始怀疑LIGO是不是真的就是个骗局。说实话，这篇论文里面对于前面4个问题的数学推导过程，以老郭的水平实在看不出来有什么问题，反正是很有道理的样子，公式不复杂，本科就能看得懂，反正没看出来逻辑上的问题。然而事实并不如此。

从第一条开始说吧。LIGO干涉仪的相位不变证明。

这部分论文里主要给的证据是按照广义相对论的时空关系，用张量方程计算时空弯曲时候的相位关系计算，理论上是可以观测到的。但他们给出的LIGO探测不到的理由不成立。按照论文中的说法，激光仪用纤维材料悬挂在支架上。整个系统受电磁相互作用支配，而电磁作用比引力信号的作用强10的40次方倍。这话啥意思呢，就是说，这个干涉仪的光反射镜，不停的被光子轰击产生振动。而这个振动幅度要比引力波产生的振动强，这样电磁作用造成的干涉仪力臂长度变化就远远大于引力波产生的变化，从而测不出来。

如果事实真的如此，那这点就是LIGO的致命伤。我们来看一下LIGO是怎么解决这个问题的。

LIGO隔离震动的原理

Weiss演示LIGO隔绝震动的基本原理

发布会上，Weiss演示了LIGO隔绝震动的基本原理：当你高频摇动一个摆的绳端，摆并不会跟你一起摇动，反而会维持稳定。当你把这招用到极致，就是这样：

aLIGO减震结构示意图

上图中，升级改造后的Advanced-LIGO，使用了远为复杂的机构，和更大、更重的反射镜，来最小化反射镜本身的晃动。而这个东西，是吊在这里面的：

震动隔离平台、主动减震器

从aLIGO的工作原理上看，主动减震是可以做到的，甚至是整个地球的轻微振动也是可以过滤的，这点不用怀疑。所以第一条理由不成立。

第二个理由：引力波存在时光速不是常数。啥意思，就是光速跟着引力波发生改变，因为这个时候时空不是常数，时空发生了振荡。他们从广义相对论里得到了引力场的时空度规方程：

引力场的时空度规方程

从这个方程里可以知道，引力波存在的时候，时间部分平直，空间部分弯曲。这说明了啥？说明空间对光的波长产生了影响，光速变了,沿着LIGO两个震动臂的光速分别比常数光速有了那么一点点的增加和减小。然而这是真的吗？在老郭看来其实不是的。

在该论文的计算中，考虑的只是单次反射的长度，实际上在LIGO实验中，激光在单臂反射的过程中往返400次。这是什么概念？就是说，LIGO的实际臂长是1600公里。在光速往返过程中产生的光速差被均值掉。其实这种处理方法是我们在电学和网络传输等领域常用的方法，就是差值法。利用差值（减法），过滤掉外部影响带来的噪声。所以光速是不变的。所以该论文的第二个推断不成立。

其实还有一个理由支持我的观点，我拿这个出来跟大家讨论一下，自己也是不敢确定的。我想说，上面那个公式错了，或者是用错了公式，因为上面公式只是一个局部近似的公式。按照广义相对原理，光速不变是解释为，真空中光速相对于任意参照系速度不变。啥意思？不论空间怎么变化，是惯性系还是加速系，光速都是不变的。如果这个原理正确（如果这个原理错误，那么广义相对论也就错了），那么整个系统中光速不变。第二个论断不成立。

对于第三个理由，LIGO无法用时间差方法计算时间改变。我想说，这个正确，但是不影响LIGO的正确。用时间差测量的方法，本来就是精确度很低的，只能参考。这个对于所有使用过激光测距仪的人都是明白这个道理的。所以这条不足为凭。在LIGO实验中，时间差方法只是用来做比对的一个可选项。

我们来看一下LIGO为了提高探测精度所做的其它努力：

超级镜子

纯二氧化硅打造，每300万个光子入射，只有1个会被吸收。一个字，亮。

超级真空

LIGO的激光臂全部在真空腔内，其真空腔体积在地球上仅次于LHC（欧洲的大型强子对撞机），气压仅为万亿分之一个大气压。也就是说，在那个论文里说的，系统是一个充满带电粒子的环境是不存在的

超级反射

有如上所述的强激光、超洁净的镜片和真空环境，LIGO才能无所畏惧的让激光在4 km臂中反射了400次再进行干涉——这极大的增加了LIGO的有效臂长，让它能以1600 km的臂长，探测更低频的信号，并且得到更显著的测量结果。

目前LIGO已经宣布观测到的双中子星合并事件了，随着全世界的望远镜都转向了NGC 4993天区，费米望远镜已经探测到了距离仅1.3亿光年的短伽马暴。这是可以被传统望远镜看到的事件，而LIGO仍然最先发现了其引力波——这怎么也不能再说是画鬼找鬼了吧。

说实话，这是老郭开始做自媒体小编以来写得最吃力的一篇文章，为了写这篇文章我花了2天时间看了3篇共超过7万多字的论文，做了3个多小时的简单计算。然而还是有很多事实而非的东西存在，不能让大家尽兴，再次请各位小伙伴谅解，原谅我的浅薄和无知。

我是郭哥论道，一个致力于科普相对论、量子力学、计算机、数学，让深奥的科学理论通俗易懂起来、让科学更有趣的科普搬运工。耐心看完的小伙伴，留个言、点个赞加个关注再走呗。