Walter Orlov

 

Gekürzte Version hier

Endlich wurden die Gravitationswellen direkt gemessen: 

"Also, es ist schon ein glücklicher Zufall, dass am ersten Tag, wo wir überhaupt etwas hätten detektieren können, gleich so ein dicker Bumms vorbeikam." (Link)

Aber eigentlich hätte man von LIGO was anders erwartet als nur ein ... "Bumms" bzw. "Zirp". Zwar hätte man über deutlich viel längere Aufzeichnungen der Gravitationswellen gefreut. Allerdings gibt es dafür eine Erklärung parat:

"Die beiden Schwarzen Löcher haben sich wohl bereits Millionen, wenn nicht gar Milliarden von Jahren umkreist. Die meiste Zeit haben sie langsam rotiert. Erst als sie sich so nahe gekommen waren, dass sie sich etwa 15 Mal pro Sekunde umkreisten, haben sie für Ligo messbare Gravitationswellen mit einer Frequenz von 30 Hertz abgestrahlt." (Link)

Anderseits geht man davon aus, dass es nicht nur ein Paar Schwarzer Löcher gibt, die in einer Entfernung von 1.34 Milliarden Lichtjahren einander umkreisen. Eigentlich muss es von Gravitationswellen, die die LIGO-Detektoren passieren, einfach wimmeln. Deshalb soll es zwangsläufig zu Überlagerungen kommen, deren Amplituden die ursprünglichen Amplituden um das Mehrfache übersteigen kann. Beispiel für zwei Wellen:

Bildquelle

Darüber hinaus sollten die LIGO-Detektoren in regelmäßigen Abständen solche Wellenberge aufzeichnen. Davon wird aber nichts berichtet.   

Die Empfindlichkeit der LIGO-Detektoren wird demnächst vergrößert:

"Aber jetzt liegen die Detektoren erst mal still und werden verbessert. Wir sind ja noch nicht bei der Designempfindlichkeit bei Advanced LIGO, sondern noch etwa einen Faktor drei davon entfernt. Also da kommt noch mehr." (Link)

Früher oder später sollen es also in LIGO-Aufzeichnungen kontinuierliche Gravitationswellen auftauchen. Wenn wir aber in bestem Fall wieder nur kurze "Zirp" zum Hören kriegen, wie wollen die Forscher das erklären? (Stand 6.oktober 2017: Immer noch keine kontinuierlischen Gravitationswellen - "Spinning neutron stars asymmetric with respect to their rotation axis are potential sources of continuous gravitational waves for ground-based interferometric detectors ... studies show no significant evidence for the presence of a gravitational wave signal." http://lanl.arxiv.org/abs/1710.02327)  

 

Von Anfang an habe ich keine große Übereinstimmung zwischen Simulationskurve

Relativistische Simulation

Quelle

und Messdaten

GW150914 Daten

Quelle

 

sehen konnte. Aber schließlich bin ich über folgendes Bild gestolpert, das die Grundzüge des Datenverarbeitungsverfahrens zeigt:

 

Ereignis GW150914

Quelle

 

Und zwar filtriert werden nicht nur Messdaten, sondern auch die Daten relativistischer Simulation. Und tatsächlich passt filtrierte theoretische Kurve "NR template, band and notchfiltered" schon besser zu filtrierten Messkurven "H1 signal, band and notch filtered" als originale theoretische Kurve "NR template".

Durch die Filtration verformt sich das originale Signal in den Messtaden. Deshalb schein es sinnvoll zu sein, auch relativistische Vorlage derselben Prozedur zu unterziehen, damit notwendige Übereinstimmung festgestellt werden kann. 

Eine unverarbeitete Vorlage streckt sich unendlich in die Vergangenheit aus. Wegen frequenzabhängieger Empfindlichkeit waren Gravitationswellen-Detektoren in der Lage nur wenige Bruchteile der Sekunde am Ende des Signals zu registrieren und es gib nichts mehr vom Signal in den Aufzeichnungen der Detektoren. Weiter zurück in die Vergangenheit darf es allein aus technischen Gründen nur Rauschen geben. Und eine Welle wird mit Rauschen wohl nicht korrelieren. Deshalb ist es egal, wo unverarbeitete Vorlage angelegt wird, nirgends wird eine Übereinstimmung geben. Template soll also erst Signalgerecht gekürzt werden, erst dann kann nach Korrelation mit aufgezeichnetem Signal gesucht werden.

Diese Vorgehensweise macht mich aber ein wenig stutzig. Man kann zwar aus ursprünglicher Funktion eine zu den Messdaten passende filtrierte Funktion kriegen, aber rückwärts geht es nicht: Aus filtrierter Funktion kann man ursprüngliche Funktion nicht wiederherstellen. Ähnlich wie beim Integrieren ist ursprüngliche Funktion für filtrierte Funktion nicht eindeutig definiert. Hier ist die Sache aber noch schlimmer.

"LIGO Open Science Center (LOSC)" bietet ausführliche Information, wie die Messdaten bearbeitet wurden: https://losc.ligo.org/s/events/GW150914/GW150914_tutorial.html.

Wenn man der Instruktion folgt, kann man die bekannten Bilder quasi selbst produzieren. Das haben sie toll gemacht. Besonders gut ist es, dass die Simulationsdaten in einer Textdatei gespeichert sind: https://losc.ligo.org/s/events/GW150914/GW150914_4_NR_waveform.txt

Daraus ergibt sich die Möglichkeit, diese zu manipulieren. Zuerst haben ich aber das nicht gemacht, sondern ursprüngliche Simulationskurve mit filtrierter Simulationskurve einfach verglichen. Absichtlich habe ich eine größere Zeitspanne als im Bild oben genommen, um zu zeigen, was ich meine.

 

Originale und filtrierte Simulationskurve

 

Durch Datenbearbeitung (Filtration) wird die Hälfte originaler Kurve im Diagramm praktisch zu einer Gerade. Frage: Wie bekommt man aus der Gerade wider einen Sinusoid? Wozu braucht man das? Bewiesen wurde, dass mit der Signifikanz von 5.1-Sigma die rechte Kurve mit den Messdaten übereinstimmt. Dann bleibt eigentlich noch übrig zu beweisen, dass sie definitiv nur von linker relativistischer Kurve stammen kann. Durch eine Rückwärtstransformation wäre es eindeutig bewiesen. Doch so eine Transformation gibt es nicht, beim Filtrieren geht die Information unwiderruflich verloren.    

Jetzt habe ich die Simulationsdatei für zwei Tests präpariert und, sieh da, kommen fast gleiche filtrierte Kurven heraus:

Datei 1: http://www.walter-orlov.wg.am/GW150914_Or1_waveform.txt

 

Test 1

 

Datei 2: http://www.walter-orlov.wg.am/GW150914_Or2_waveform.txt

 

Test 2

 

Und alles zusammen passt wunderbar zueinander und zu filtrierten Messdaten:

 

Zusammen

 

Hoffentlich wird jetzt die Problematik offensichtlich. Und sie wird weiter so bestehen, so lange die Simulationsdaten vor der Anwendung bearbeitet werden. Deshalb wurde aus meiner Sicht der relativistische Ursprung der von LIGO registrierten Ereignissen gar nicht bewiesen. (Siehe auch hier.)

 

Der Augenblick der angeblichen Verschmelzung von Schwarzen Löchern sieht einem Schwingungsphänomen sehr ähnlich. Bei der Entrümpelung eines alten Bücherschranks habe ich das Buch "Einführung in die Schwingungslehre" von H. Barkhausen zum Glück nicht weggeworfen.

 

Einführung in die Schwingungslehre

 

Dort beschreibt der Autor ausführlich eine sogenannte Kipperscheinung, die bei der Resonanz auftreten kann.

 

Barkhausen, Seite 33

Barkhausen, Seite 34

Eine Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von der Schwingungsamplitude kann also dazu führen, dass nicht nur sich die Resonanzfrequenz ändert, sondert auch die Schwingungsamplitude selbst plötzlich einbricht. Und genau so ein Verhalten beobachten wir bei Messkurven der Gravitationswellendetektoren. Ich würde sogar behaupten, dass es sich gerade um ein Paradebeispiel für die Kipperscheinung handelt. Vergleichen.

 

Gravitationswellenmessung vs. Bild 25

Im Grunde genommen ist in diesem Fall mit Signifikanz 5.1-Sigma durch ein aufwendiges Datenverarbeitungsverfahren nur das Signal selbst belegt. Wie kann man aber beweisen, welche Ursache es hat? LIGO wurde allein für die Registrierung von Gravitationswellen gebaut. Also sollen logischerweise die Gravitationswellen die Ursache sein… falls ja andere Quellen ausgeschlossen sind. 

 

Einen weiterer Hinweis liefern die Eigenschwingungen der Anlagen. Schauen wir uns das Endergebnis an:

Eigenschwingungen von LIGO-Detektoren 

Bild-Quelle

Links und rechts bei H1 und L1 strains sehen wir die Schwingungen der Anlagen vor und nach Ereignis. Überraschenderweise weisen sie ungefähr gleiche Periode von 5ms (200Hz) wie beim Abfall des Aufschwungs auf. Sind dies nicht die Eigenschwingungen der Detektoren? Ich denke doch. Man kann sich den Vorgang so vorstellen: Wenn es ruhig ist, schwingt die Anlage mit Eigenfrequenz, aber mit kleiner Amplitude (denn die Frequenz bestimmt extra gedämpft wird) vor sich hin. Danach kommt aber eine kurze Störung, als Folge gerät die Anlage aus dem Gleichgewicht, was schließlich in Kipperscheinung endet.

Man muss sich nicht wundern, dass die beiden Detektoren ähnlich verlaufende Anomalien aufweisen, denn man hat viel Wert darauf gelegt, zwei möglichst identische LIGO-Anlagen zu bauen. Dementsprechend verhalten sie sich eben identisch... Ich denke, die LIGO-Betreiber sollen erst ihre Apparatur nach potentiellen Ursachen für Kipperscheinungen genaust überprüfen, bevor die Physiker mit den Sensationen rausrücken.

 

Laut Meldungen sollte LIGO-Team einen Doppelten Nachweis erbracht haben:

1. Direkte Messung von Gravitationswellen.

2. Bestätigung der Existenz von Schwarzen Löchern.

Aus meiner Sicht gehört "2" aber eher in Nenner als in Zähler, also, bei doppeltem Nachweis handelt es sich in Wirklichkeit sozusagen um einen halben Nachweis (oder gar keinen). Ein normaler, d.h. echter und einfacher Nachweis (bzw. Beweis) ist durch keine Glieder bedingt, die erst selbst experimentell nachgewiesen (bzw. bewiesen) werden sollen. Währenddessen kann man im Fall LIGO von Gravitationswellen reden, wenn die Signale durch Verschmelzung zweier Schwarzen Löcher erzeugt wurden. Gibt es sie aber tatsächlich?

Ferner die Konkurrenz machen nicht weniger hypothetische "Gravasterne". Auch wenn sie vorerst ausgescheiden (Link), können wohl auch andere "Gravamonster" ausgedacht werden, die die Schwarzen Löcher in Schatten stellen.

Im Grunde genommen ist die Existenz von Schwarzen Löchern lediglich reine theoretische Annahme. Und nur mit dieser Annahme können die Messsignale erst in Richtung des direkten Nachweises von Gravitationswellen interpretiert werden, sonst sind sie nur Glitches.

 

Um die Laien mit der Wissenschaft in Berührung zu bringen, wurde folgende Ressource gegründet https://www.zooniverse.org/projects/zooniverse/gravity-spy. Man muss die Störrungen, die Glitches, die in den Aufzeichnungen von den LIGO-Detektoren vorkommen, katalogisieren. So sind z.B. 12 Chirps aus dem Katalog

 

Chirps, Glitches

 

und hier ist das Signal-Paar vom Ereignis GW150914

Chirp GW150914

Die Chirps aus dem Katalog sind jedoch einzeln, also, haben keinen Partner von anderem Detektor... Wie kann es sein, dass die Gravitationswelle einen Detektor passiert und den anderen verpasst?

Es sei denn, dass diese Chirps nur die Glitches, also, lediglich die Störrungen sind, die unabhängig von einander in jedem Detektor auftauchen. Und wenn sie fast gleichzeitig in beiden Detektoren erscheinen, soll es auf einmal heißen, dass sie einen kosmischen Ursprung haben? Die LIGO-Mitarbeiter sind wohl übermutig. Man muss dabei bedenken, dass die Glithes fast jede Sekunde auftauchen (link), es sind also ca. 2.6 Millionen im Monat des ununterbrochenen Betriebs. 

 

Eigentlich habe ich die ganze Zeit gehofft, dass das Scheitern mit der Registrierung von den Gravitationswellen die Physiker zur Besinnung anregt... Doch sie haben sich offensichtlich anders überlegt. Sie griffen schließlich nach gleicher Methode, die schon gleich am Anfang für die Bestätigungen Allgemeiner Relativitätstheorie und zwar bei der Beobachtung der Lichtablenkung am Sonnenrand angewendet wurde.

Man nahm die wild verstreuten Messpunkte und machte die Aussage über quasi versteckte Gesetzmäßigkeit. Mithilfe der Wahrscheinlichkeitslehre berechnete man danach den Fehler, der eigentlich beliebig groß sein dürfte, denn am Ende zählte sowieso nur die Aussage: Beobachtungen liefern theoretische Werte. Somit war die Theorie bestätigt. Dass dabei auch radikal andere Gesetzmäßigkeiten zu verschmierten Verteilung sogar mit kleinerer Abweichung passten, wurde schlicht verschwiegen.

Die Geschichte wiederholt sich. Anstatt definitive Raumzeitschwingungen zu präsentieren, suchen die Forscher nach bestimmten Mustern im Rauschen. Man berechnet unterschiedliche Verschmelzungsvorgänge und schaut, welche von ihnen zu den Anomalien am besten passen. Und so auf einmal wird die Existenz sowohl von Schwarzen Löcher als auch von Gravitationswellen bestätigt.

 

Betrachten wir zweite Gravitationswelle GW151226. Die Messdaten finden wir hier. Betrachten wir sogar nicht die Rohdaten, sondern bearbeitende "whitened data". Also, raten wir mal, wo das Signal versteckt ist:

 

GW151226 Messdaten

 

"Ausgefuchste Computeralgorithme von LIGO" haben aber ein folgendes Signal mit Signifikanz von 5 Sigma identifiziert (schwarze Kurve):

 

GW151226 Signal

 

So ein Wüllen im Datenmüll wird sogar ernst gemeint. Es gibt hier noch mehr zu bemängeln und zwar zeige nächste Bilder, dass relativistische Vorlage (schwarze Linie) gerade dort abfällt, wo sich gerade frequenzabhängige Empfindlichkeitsgrenze der Detektoren befindet.

 

GW151226, ASD für H1

GW151226, ASD für H1

 

Deshalb ist es nicht eindeutig, sogar im Sinne eines kosmischen Ereignisses, ob der rasche Abstieg der Amplitude mit Verschmelzung Schwarzer Löcher oder doch lediglich begrenzter Empfindlichkeit der Detektoren verbunden ist. 

Von echtem Nachweis kann es eher keine Rede sein. Aber so kann es wirklich weiter gehen. Hie und da, ab und zu, wird es wieder zu unerwarteter Unregelmäßigkeiten in den Aufzeichnungen der Detektoren kommen. Wieder werden sie als Folge der Verschmelzung von Schwarzen Löchern gedeutet. Überprüfen kann man das sowieso nicht. Man kann also für unerreichbare kosmische Entfernungen von Millionen bis hin zu über eine Milliarde Lichtjahren alles mögliches behaupten. Auf diese Weise werden die Ereignisse eher von irdischer Herkunft auf den Himmel projiziert, im Prinzip, genauso wie es die Astrologen früher mit der Erfindung vom Tierkreis gemacht haben...    

Wie lange wollen die Physiker diese Pseudoforschung noch betreiben, ist schwer zu schätzten. Wie gesagt, ich habe erwartet, dass sie schon jetzt aufhören, nun hat es sich gerade so herausgestellt, dass sie es lieber stur weiter machen. 

 

GW170104. Schauen wir uns hier wenigstens die Spektrogramme (zwei obere Bilder) an:

 

Spektrogramm von GW170104

 

Diese Spektrogramme sind nicht mal ähnlich: Unten (Livingston) haben wir zwar ein typisches Zirp, das auf eine Gravitationswelle schlechthin hindeuten könnte, aber oben (Hanford) ist es ein Fleck. Normalerweise werde sie auch so katalogisiert, also gelangen logischerweise in verschiedene Mappen. Und sie würden wohl nie zusammen kommen, was auch ganz richtig gewesen wäre, wenn sich nicht ein hurtiger Wissenschaftler an die Sache herangemacht hätte:

"Dass das Signal überhaupt entdeckt wurde, ist einer sorgfältigen Analyse durch Alexander Nitz vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) in Hannover zu verdanken: Er nahm an diesem Tag Kandidaten unter die Lupe, die ein von ihm entwickeltes Programm aus dem unübersichtlichen Datendschungel des LIGO-Systems herausfilterte. Die automatische Benachrichtigung, die LIGO normalerweise bei Signalkandidaten erzeugt, hatte dagegen nicht funktioniert. Fünf weitere solcher Kandidaten stehen nun noch in der Warteschlange." (Spektrum)

Klar, man kann aus einem Fleck eine beliebege Kurve extrahieren. Das ist einfach eine Blamage. So eifrig darf man gar nicht sein. Egal wie man die Relativitätstheorie anbetet, nüchtern und vernünftig muss man doch immer bleiben.  

 

Dänische Physiker haben Korrelationen im Rauschen zwischen den beiden LIGO-Detektoren während ersten Ereignisses GW150914 entdeckt. Aus meiner Sicht wäre es auch zu erwarten gewesen. Und zwar wäre das gerade der Fall gewesen, wenn kein kosmisches Ereignis für registrierte Chirps zugrunde lag, sondern handelte es sich eher um einen seltenen Zufall, dass sich zwei ähnliche Glitches in das Zeitfenster von 15ms gerieten.

Zu einem, sind dies halt Glichtches, also sprich zufällige Formationen, für die eine relativistische streng nach Formeln berechnete Kurve im allgemein nicht perfekt passt. Ferner hat man wahrscheinlich eine beste Simulationskurve für beide Detektoren ausgesucht. Vermutlich ist sie aber nicht die beste für jeden einzelnen Detektor.

Deshalb hinterlässt relativistische Schablone im Rauschen nach dem Abziehen von den Messdaten quasi ihren Fingerabdruck. Und weil es sich um dasselbe Muster handelt, sind die Korrelationen zwischen zurückgebliebenen Rauschen-Mengen nun unvermeindlich.

LIGO-Kollaboration zeigt sich jedoch unbeeindruckt. Ein paar Physiker werden nicht ernst genommen. Der Stein wurde ins Rollen gebracht und keiner kann ihn schon stoppen.

 

Vierter NachweisJetz gibt drei Detektoren und drei Spektrogrammen und diese sind wiederum nicht ähnlich:

GW170814, Messungen

Außerdem lesen wir in der Veröffentlichung:

"A noise transient with a central frequency around 50 Hz occurs in the Virgo detector 50 ms after GW170814. This falls outside the window expected due to the light travel time between the detectors, and has therefore no effect on the interpretation of the GW signal."

Also, 50ms nach dem Ereignis wurde bei VIRGO  "noise transient", d.h. einen Glitch, mit mittlerer Frequenz von 50Hz (Netzstörung?) beobachtet. Weil aber dieser außerhalb des erlaubten Zeitfensters der Lichtlaufzeit zwischen den Detektoren lag, wurde er halt ignoriert. Aber er könnte durchaus ausgewertet werden, falls er ins Zeitfenster geraten wäre. Die Forscher hätten einen Glitch beinah als Gravitationswellensignal interpretiert... Huch!.. Oder sind alle Gravitationswellensignale sowieso nur Glitches...

Auffällig klein ist SNR (Signal-Rauschen-Verhältnis) 4.4 in der VIRGO-Aufzeichnung. Die Handlungen mit SNR erscheinen mir ziemlich schwammig. Überhaupt, wie klein darf SNR sein, damit eine Störung immer noch als nutzbares Signal verwertet wird? Bei nächstem Ereignis GW170817 war SNR sogar noch kleiner, und zwar 2.0, und trotzdem wurde das VIRGO-Signal weiterhin für genauere Lokalisation mutmaßlicher Quelle verwendet. 

Aber es ist nicht so, dass wir um das Signal drum herum nur ein chaotisches Rauschen haben. Es gibt in Wirklichkeit regelmäßige Übereinstimmungen mit relativistischer Vorlage. Beispiel GW170104:

GW170814 SNR

Auf diese Weise erscheint mir der maximale Ausschlag mitten im Djungel von kleinen Ausschlägen nicht so wert, als wenn er da nur allein gewesen wäre. Das ist aber nicht der eigentliche Kern des Problems. Die Ursache ständigen Übereinstimmens kann man sich so vorstellen: Um das Signal drum herum wimmelt es von seinen nicht so stark ausgeprägten Klonen. Im Bild habe ich nur ein paar graufarbig angezeigt. Bezogen auf VIRGO-SNR-Grenze von 2.0, können wir auf so kleinem Zeitabschnitt schon mit hunderten Klonen rechnen. So beliebig oft kann doch kein Sternenpaar immer und wieder verschmelzen!

Selbstverständlich kommt es zwischen den Klonen zu zusätzlichen Überlaungen und dann bekommt man noch bessere Übereinstimmung mit relativistischer Vorgabe. In diesem Fall reden LIGO-Mitarbeiter von einem kosmischen Ereignis... Irgendwie verstehe ich die modernsten wissenschaftlichen Methoden nicht mehr.

Und das ist nicht alles. Wenn wir uns die SNR-Diagrammen von anderen Ereignissen anschauen, dann ist es nicht zu übersehen, dass SNR immer "rauscht" und dabei deutlich über 1.0 ist. Für jede Vorlage haben wir im Durchschnitt SNR ungefähr von 2.5. Und Ausschläge > 4.0 sind gar nicht selten. Was hat das zu bedeuten? – In den Daten von GW-Detektoren wimmelt es in Unmengen von Chirp-Artigen Signalen. Deshalb kann es immer eine Übereinstimmung schlechthin mit der beliebigen relativistischen Vorlage berechnet werden.

 

Am 3. November 2005 gab es einen Gamma-Blitz, der vermutlich aus der Galaxie M81 kam, die 3.6 Mpc von Erde entfernt ist. Laut Theorie sollte dessen Quelle eine Verschmelzung der Neutronensterne sein. In diesem Fall reichte schon damalige Empfindlichleit der LIGO-Detektoren, um ein deutliches Signal aufzunehmen und zwar solches (link)

 

Gravitationswellen-Simulation

In Wirklichkeit waren es aber

H2-Strain

 

L1-Strain

 

Selbstverständlich wurde eine Ausrede gefunden: Dann war es halt keine Verschmelzung der Neutronensterne, sondern ein sogenennter Magnetar... Faktisch handelte es sich aber um eine klare Widerlegung relativistischer Vorhersage.

 

Außer Chirps gib es noch eine große Glitches-Art, die Blips. Diese bereiten den Forschern viel Ärger, weil falsche Alarme auslösen. Und das machen sie nicht umsonst, weil es sich im Grunde genommen um gleiche Störung handelt, obwohl das nicht offensichtlich ist, weil Chirps und Blips in den Spektrogrammen verschiedene Formen haben. Ferner war es unklar, was für Welle genau hinter der Blip-Störung stand. Zum Glück, dank Livingstons Aufzeichnungen für GW170817, wissen wir jetzt das (unten "Glitch model"):

GW170817 Glitch

Zwar sieht die Welle nicht wie Chirp aus, aber einziger Unterschied ist die Phasenverschiebung zwischen den Wellenmoden, aus denen die Signale bestehen. Bei Wikipedia gib es folgende schöne Animation:

Chirp <=> Blip

Selbstverständlich findet man in Gravity Spy Katalogen auch gespiegelte Chirps, quasi Antichirps. 

Chirps Anti-Chirps Anti-Chirp

Es kann sich also um gleiche Zusammensetzung von den Wellenmoden handeln, die in den Detektoren ohnehin reichlich vorhanden, doch allein durch die Phasenverschiebung, die etwa durch die Bewegung der Erdoberfläche initiiert werden könnte, werden mal Blips mal Chirps mal Antichirps generiert.

 

Noch ein Bild zum Nachdenken:

Bearbeitete Vorlagen

Hier mehr erfahren.

 

 

 

  

 

 

 

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