Ved afprøvning af Einsteins teori om generel relativitetsteori, små modelleringsfejl tilføjer hurtigt

Små modelleringsfejl kan akkumuleres hurtigere end tidligere forventet, når fysikere kombinerer flere gravitationsbølgehændelser (såsom kolliderende sorte huller) for at teste Albert Einsteins teori om generel relativitet, foreslår forskere ved University of Birmingham i Storbritannien. Fundene, offentliggjort 16. juni i tidsskriftet iScience , foreslå, at kataloger med så få som 10 til 30 hændelser med et signal-til-baggrundsstøjforhold på 20 (hvilket er typisk for hændelser, der bruges i denne type test) kan give vildledende afvigelser fra generel relativitet, fejlagtigt peger på ny fysik, hvor der ikke findes nogen. Fordi dette er tæt på størrelsen af ​​de nuværende kataloger, der bruges til at vurdere Einsteins teori, forfatterne konkluderer, at fysikere bør gå med forsigtighed, når de udfører sådanne eksperimenter.

"Test af generel relativitet med kataloger over gravitationsbølgehændelser er et helt nyt forskningsområde, "siger Christopher J. Moore, en lektor på School of Physics and Astronomy &Institute for Gravitational Wave Astronomy ved University of Birmingham i Storbritannien og hovedforfatter af undersøgelsen. "Dette er en af ​​de første undersøgelser, der har set detaljeret på betydningen af ​​teoretiske modelfejl i denne nye type test. Selvom det er velkendt, at fejl i teoretiske modeller skal behandles omhyggeligt, når du prøver at teste en teori, vi blev overraskede over, hvor hurtigt små modelfejl kan ophobes, når du begynder at kombinere begivenheder sammen i kataloger. "

I 1916, Einstein offentliggjorde sin teori om generel relativitetsteori, som forklarer, hvordan massive himmellegemer forvrænger det indbyrdes forbundne rum af tid og tid, resulterer i tyngdekraften. Teorien forudsiger, at voldelige hændelser i det ydre rum såsom kollisioner med sorte huller forstyrrer rumtiden så alvorligt, at de producerer krusninger kaldet gravitationsbølger, som zoomer gennem rummet med lysets hastighed. Instrumenter som LIGO og Jomfru har nu opdaget gravitationsbølgesignaler fra snesevis af fusionerede sorte huller, som forskere har brugt til at sætte Einsteins teori på prøve. Indtil nu, det er altid gået. For at skubbe teorien endnu længere, fysikere tester det nu på kataloger over flere grupperede gravitationsbølgehændelser.

"Da jeg blev interesseret i gravitationsbølgeforskning, en af ​​hovedattraktionerne var muligheden for at lave nye og strengere test af generel relativitet, "siger Riccardo Buscicchio, en ph.d. studerende ved School of Physics and Astronomy &Institute for Gravitational Wave Astronomy og medforfatter af undersøgelsen. "Teorien er fantastisk og har allerede bestået en enormt imponerende række andre tests. Men vi ved fra andre fysikområder, at det ikke kan være helt korrekt. At prøve at finde præcis, hvor det fejler, er et af de vigtigste spørgsmål i fysik . "

Imidlertid, mens større gravitationsbølge kataloger kunne bringe forskere tættere på svaret i den nærmeste fremtid, de forstærker også potentialet for fejl. Da bølgeformsmodeller uundgåeligt involverer nogle tilnærmelser, forenklinger, og modelleringsfejl, modeller med en høj grad af nøjagtighed for individuelle begivenheder kan vise sig misvisende, når de anvendes på store kataloger.

For at bestemme, hvordan bølgeformfejl vokser, når katalogstørrelsen stiger, Moore og kolleger brugte forenklet, lineariseret mock kataloger til at udføre et stort antal testberegninger, hvilket indebar tegning af signal-til-støj-forhold, uoverensstemmelse, og modelfejljusteringsvinkler for hver gravitationsbølgehændelse. Forskerne fandt ud af, at den hastighed, hvormed modelleringsfejl akkumuleres, afhænger af, hvorvidt modelleringsfejl har en tendens til at gennemsnitsværdi på tværs af mange forskellige kataloghændelser, om afvigelser har samme værdi for hver begivenhed, og fordelingen af ​​bølgeformsmodelleringsfejl på tværs af begivenheder.

"Det næste trin vil være, at vi finder måder at målrette mod disse specifikke sager ved hjælp af mere realistiske, men også mere beregningsmæssigt dyre modeller, "siger Moore." Hvis vi nogensinde skal have tillid til resultaterne af sådanne tests, Vi skal først have en så god forståelse som muligt af fejlene i vores modeller. "