Tulimme johtopäätökseen, joka oli hyvin huolestuttava. He eivät erottaneet signaalia melusta.

Emeritus professori Andrew Jackson

Syyskuun 14:sta päivänä vuonna 2015 Caltechin ja MIT:n tutkimusryhmä kertoi havainneensa gravitaatioaaltoja ensimmäistä kertaa historiassa. Havaitun signaalin sanottiin olevan lähtöisin kahden mustan aukon yhdistymisen aikaan saamasta gravitaatioaallosta. Myöhemmin tehtiin lukuisia havaintoja lisää, ja vuonna 2017 LIGO:n perustajat saivat Nobelin fysiikan palkinnon. Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria todistettiin jälleen kerran päteväksi.

Vai todistettiinko? Oliko kyseessä kiistaton tieteellinen havainto vai oliko kyseessä vain suuren luokan vahvistusharha, joka sai tutkijat tulkitsemaan tuloksia itselleen edullisella tavalla (varmistaen samalla jatkuvat rahahanat)? Käydään ensiksi läpi LIGO:n perusteet ja käsitellään tämän kritiikkiä.

Courtesy Caltech/MIT/LIGO Laboratory

Mikä LIGO?

LIGO eli Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory on Caltechin ja MIT:n käytössä oleva maailman suurin ja kallein ”gravitaatio-observatorio”, jonka pyrkimyksenä on gravitaatioaaltojen havaitseminen. LIGO koostuu kahdesta neljä kilometriä pitkästä varresta, jotka ovat 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden. Koska gravitaatioaaltojen ei katsota olevan sähkömagneettisella spektrillä, vaan aivan oma lajinsa, LIGO toimii täysin ”sokkona” ja eristettynä ympäristöstä.​1​

LIGO:n taustalla oleva teoria on sidoksissa Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan, jonka mukaan massalla on kyky aiheuttaa kaareutumista ja aaltoja aika-avaruudessa. Toisin sanoen gravitaatioaaltoja. Näitä aaltoja voidaan teoreettisesti havaita laser interferometrillä.

Interferometri. Caltech/MIT/LIGO Lab

Interferometri on tekninen väline, jossa on valonlähde, puoliläpäisevä peili (”säteen halkaisija”), peilejä ja sensori. Valonlähteestä lähtee lasersäde, joka jakaantuu puoli läpäisevässä peilissä kahdeksi säteeksi. Nämä säteet kimpoavat peileistä takaisin ja osuvat yhtä aikaa sensoriin, joka tallentaa muodostuneen interferenssikuvion​*​. Myös LIGO toimii tällä periaatteella, mutta se eroaa muista interferometreistä massiivisella koolla ja herkkyydellään.

Interferenssikuvio. Warren Leywon, CC BY-SA 4.0

Gravitaatioaallot ja interferometri

Teorian mukaan gravitaatioaallot saavat itse avaruuden venymään toiseen suuntaan ja supistumaan samalla toiseen suuntaan. Näin ollen LIGO:n toinen varsi teorian mukaan venyisi gravitaatioaallon aiheuttamana hetkellisesti toista vartta pidemmäksi, jonka vuoksi valoaallot eivät saapuisi sensoriin enää samaan aikaan. Tämä näkyisi interferenssikuviona. Gravitaation aiheuttama venyminen on Caltechin mukaan kuitenkin äärimmäisen minimaalista. Heidän mukaansa gravitaatioaallon aiheuttama LIGO:n varren venyminen voi olla niinkin vähäistä kuin 1/10000 protonin leveydestä (eli 10-19 m!).​2​

Massiivisena gravitaatioaaltojen lähteenä on oletetusti esimerkiksi kahden mustan aukon yhdistyminen, jonka LIGO väittää laitteillaan havainneen. 21. toukokuuta 2019 he havaitsivat signaalin (joka nimettiin GW190521:ksi), kahdella eri interferometrillä, joista toinen on 4 kilometriä pitkä Yhdysvalloissa sijaitseva ja toinen on 3 kilometrin pituinen Italiassa sijaitseva laite. Laitteet havaitsivat lyhytkestoisen, alle sekunnin kymmenesosan pituisen signaalin, joka muistuttaa neljää lyhyttä hytkymistä. Tutkijoiden mukaan GW190521:n loi lähde, joka on arviolta 5 gigaparsecin päässä. Tutkijat olettivat signaalin olevan peräisin kahden mustan aukon yhdistymisestä. ​3​

Kahdella eri interferometrillä yhtä aikaa havaittua signaalia kutsutaan ”multi-messenger eventiksi”. Tämä on erityisen haluttu tapahtuma, koska tällä voidaan parhaiten laskea mahdollisesta signaalista pois ympäristön häiriö, kuten seismisyys. Kahdella eri interferometrillä havaittu signaali ei kuitenkaan automaattisesti takaa sitä, että kyseessä on gravitaatioaallon aikaan saama signaali, vaan tutkijoiden tehtävänä jää aina signaalin tulkitseminen. LIGO:n tutkijaryhmä on ilmaissut hyvinkin itsevarmasti, että havainnot olivat gravitaatioaaltoja, mutta kaikki eivät ole olleet yhtä vakuuttuneita.

Kuvituskuva kahden mustan aukon yhdistymisen aiheuttamista gravitaatioaalloista. Image credit: LIGO/T. Pyle

Kritiikki

Keskeisin ongelma LIGO:n gravitaatioaaltotutkimuksessa on juuri siinä, että oletettujen gravitaatioaaltojen signaalit ovat mitättömiä verrattuna taustakohinaan, joka voi aiheutua esimerkiksi seismisyydestä, lämpötilan vaihtelun aiheuttamasta liikkeestä tai muusta taustakohinasta. LIGO:n analyysin keskiössä on taustamelun eliminointi kahden eri interferometrin avustuksella. jättäen jäljelle residuaalisen signaalin, jonka oletetaan merkitsevän gravitaatioaaltoa.

Tämä ei kuitenkaan ole ongelmatonta, sillä kukaan ei varmuudella tiedä, miltä gravitaatioaallon aiheuttaman signaalin tulisi näyttää, mikäli niitä ylipäätään on olemassa. LIGO Caltechin mukaan heillä on olemassa monimutkaiset systeemit, joilla häiriösignaalit voidaan suodattaa pois, mutta heidän analyysinsä on saanut osakseen paljon kritiikkiä.

NewScientistin mukaan joukko signaalianalyysiin perehtyneitä fyysikkoja on tehnyt oman analyysinsä LIGO:n datasta. Ryhmän mukaan LIGO:n tutkijaryhmä on epäonnistunut antamaan vakuuttavaa esitystä minkään gravitaatio-tapahtuman havaitsemisesta. Ryhmän edustajan emeritysprofessori Andrew Jacksonin mukaan kyseessä on pelkkä illuusio. Jacksonin ryhmän analyysissä asteikolla 1-0​†​ ryhmä antaa vuoden 2015 gravitaatioaaltohavainnolle todennäköisyyden 0.000004. Toisin sanoen kyseessä miltei varmasti EI ollut gravitaatioaallon havaitseminen. ​4​

Tämä on LIGO:n tärkein tapa gravitaatioaaltosignaalin poimimiseksi taustamelusta. Mutta kun Jackson ja hänen tiiminsä tarkastelivat tietoja ensimmäisestä havaitsemisesta, heidän epäilynsä kasvoivat. Aluksi Jackson tulosti kaaviot kahdesta raaka-signaalista ja piti niitä päällekkäin ikkunalla. Hänen mielestään näiden kahden välillä oli jonkin verran korrelaatiota. Hän ja hänen tiiminsä saivat myöhemmin käsiksi LIGO-tutkijoiden julkaiseman taustadatan ja tekivät laskelman. He tarkistivat ja uudelleen tarkistivat. Mutta edelleen he havaitsivat, että Hanfordin ja Livingstonin ilmaisimien jäännösmeluilla oli yhteisiä piirteitä. ”Tulimme johtopäätökseen, joka oli hyvin huolestuttava”, Jackson sanoo. ”He eivät erottaneet signaalia melusta.”

NewScientist​4​

Lisäksi LIGO:a on kritisoitu siitä, että yli viidestäkymmenestä väitetystä signaalihavainnoista vuoden 2017 jälkeen ei ole ilmaantunut uusia multi-messenger tapahtumia​‡​. Yksi tällainen voi mennä jo tilastollisen sattuman piikkiin, eikä tilanne anna laisinkaan vakuuttavaa kuvaa koko tutkimuksesta. Lisäksi monia aluksi gravitaatiosignaaliksi luokiteltu on jälkeenpäin luokiteltu maapallolta lähtöisin olevaksi signaaliksi. Ongelmallisemmaksi tilanteen tekee vielä se, että tällaiset signaalit voivat näkyä yhtä aikaa myös useammassa interferometrissä ja ne voivat näyttää samalta, kuin gravitaatioaaltosignaalien oletetaan näyttävän, jolloin todellisen gravitaatioaallon löytämisen todistaminen menee miltei mahdottomaksi.​5​

Mitä tulee LIGO:n taustalla olevaan yleiseen suhteellisuusteoriaan, niin Wallace Thornhill kritisoi ylipäätään käsitettä ”aika-avaruudesta”. Kuinka aine voi kertoa avaruudelle ja ajalle kuinka kaareutua; mitä ajan kaareutuminen edes tarkoittaa, kun sillä ei ole fyysistä ulottuvuutta. Sana ”avaruus” vain tarkoittaa sijaintia kolmessa ulottuvuudessa. Kuinka voit kutoa ”aika-avaruuden kudoksen” ei-fyysisistä käsitteistä? Nämä sanat ovat täysin merkityksettömiä, Thornhill sanoo.​6​

Thornhill kritisoi voimakkaasti myös hämmästyttävällä varmuudella kerrottuja väitteitä LIGO:n signaalien alkuperästä. Väite, jonka mukaan tietty signaali on peräisin kahden mustan aukon yhdistymisestä etelätaivaan suunnalla 1.3 miljardia vuotta sitten, on täysin mahdotonta vahvistaa. Mitään näitä väitteitä ei voi todistaa. Tämä ei ole tiedettä.​6​

Kritiikin perusteella voidaan vetää johtopäätös, että kosmologia ja astrofysiikka on muuttunut scifiksi ja teatteriksi. Käytettäessä miljardeja rahaa näinkin hataralla pohjalla olevaan tutkimukseen, voidaan pohtia miten paljon tutkijoiden ja rahoittajien toiveet ja oletukset vaikuttavat tutkimustuloksiin? Vastaavasti sensaatio-otsikoita janoavat tiedelehdet ottavat tällaisen riemulla vastaan. Mutta missä ovat maltilliset ja kriittiset äänet, jotka haluavat suurempaa varmuutta ennen kuin aletaan julistaa uutta tieteellistä faktaa?

Vaarana tässä on jälleen kerran virheellisten pohjaoletusten kasaantuminen. Pahimmillaan virheelliset pohjaoletukset todistetaan virheellisesti kokeissa, jotka ovat niin massiivisia, ettei muut pysty niitä toisintamaan. Tieteen perusperiaate toistettavuus joutuu väistymään, ja olemme entistä enemmän kiinni vanhassa uskomusjärjestelmässä, jota on vaikea kumota ja mahdoton vahvistaa.


  1. ​*​
    Häiriö-kuvio
  2. ​†​
    Jossa 1 on täysin varma gravitaatioaaltosignaali ja 0 täysin varmasti EI ole kyseinen signaali.
  3. ​‡​
    Eli identtisiä signaaleja, jotka havaitaan samaan aikaan eri interferometreillä
  1. 1.
    LIGO C. What is LIGO? LIGO Caltech. Published 2020. Accessed 2020. https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-ligo
  2. 2.
    Caltech L. What is Interferometer. Caltech LIGO. Published 2020. Accessed November 5, 2020. https://www.ligo.caltech.edu/page/what-is-interferometer
  3. 3.
    News R. A “bang” in LIGO and Virgo detectors signals most massive gravitational-wave source yet. LIGO Caltech. Published September 2, 2020. Accessed 2020. https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20200902
  4. 4.
    Brooks M. Exclusive: Grave doubts over LIGO’s discovery of gravitational waves. NewScientist. Published October 31, 2018. Accessed November 6, 2020. https://www.newscientist.com/article/mg24032022-600-exclusive-grave-doubts-over-ligos-discovery-of-gravitational-waves/
  5. 5.
    Mozina M. Posts: 2109 Joined: Thu Feb 23, 2012 5:35 pm LIGO: Water water everywhere, but not a drop to drink. Thunderbolts.info. Published January 12, 2020. Accessed November 6, 2020. https://thunderbolts.info/forum3/phpBB3/viewtopic.php?f=3&t=159
  6. 6.
    Thornhill W. Gravitational Waves. Holoscience. Published February 26, 2016. Accessed November 6, 2020. https://www.holoscience.com/wp/gravitational-waves/