新探测到的引力波信号GW250114让科学家得以最清晰地观测黑洞碰撞过程，并为检验爱因斯坦引力理论提供了有力工具。该信号的清晰度让科学家能够测量碰撞产生的多个"频音"，这些观测结果与爱因斯坦的预言完全吻合。这种验证令人振奋——但未来信号若出现偏差同样值得期待，任何异常都可能指向超越现有认知的新物理学。
"令人惊叹的是，这次事件与我们10年前观测到的首个事件GW150914几乎完全相同。而它之所以清晰得多，纯粹是因为过去10年间我们的探测器变得更加精确了。"康奈尔大学物理学家、就职于康奈尔大学文理学院天体物理与行星科学中心的NASA哈勃博士后研究员基夫·米特曼说道。
研究黑洞碰撞的全球性努力
米特曼是研究该信号的论文合著者之一，该论文题为《利用GW250114进行黑洞光谱学研究与广义相对论检验》，于1月29日发表在《物理评论快报》上。该论文由LIGO科学合作组织与意大利的Virgo合作组织、日本的KAGRA合作组织共同完成。自20世纪90年代初该项目启动以来，康奈尔大学的科学家们一直在其中扮演着重要角色。
名为GW250114的引力波是由两个黑洞碰撞、在时空中产生涟漪时产生的。该信号于2025年1月14日抵达位于美国的激光干涉引力波天文台。每个引力波以其被探测到的日期命名，LIGO-VIRGO-KAGRA团队于2025年9月公开宣布了这一发现。根据米特曼及其同事的分析，该信号的行为完全符合广义相对论的预测。同时，研究人员认为，并非每一次黑洞合并都会如此严格地遵循爱因斯坦的规则，这可能为基础物理学打开新的大门。
黑洞如何揭示其秘密
米特曼解释说，当两个黑洞合并时，新形成的物体会振动，很像被敲击的钟。这些振动会产生由两个测量值定义的独特音调：振荡频率和阻尼时间。测量单一音调使科学家能够计算最终黑洞的质量和自旋。探测到两个或更多音调，则可以对这些相同属性进行多次独立的检验，正如广义相对论所预测的那样。
"如果这两次测量结果相互吻合，你实际上就是在验证广义相对论，"米特曼说。"但如果你测量到的两种音调与相同的质量和自旋组合不匹配，你就可以开始探究你在多大程度上偏离了广义相对论的预测。"
就GW250114而言，信号足够清晰，科学家能够测量两种音调，并对第三种音调设定限制。所有这些结果都与爱因斯坦的理论相符。
寻找爱因斯坦理论的裂缝
如果测量结果不一致呢？
"那么作为物理学家，我们将有大量工作要做，试图解释发生了什么，以及我们宇宙中真正的引力理论可能是什么，"米特曼说。他和他的合作者认为，未来的引力波信号有可能不会完全符合广义相对论，从而为长期存在的谜团提供线索。
物理学家们已经怀疑广义相对论可能并非引力的最终定论。正如米特曼指出的那样，该理论无法解释暗能量和暗物质等现象，并且在科学家试图将其与支配量子世界的定律协调一致时也遭遇失败。
"必须有某种方法来解决这个悖论，使我们的引力理论与量子力学理论相一致，"米特曼说。"沿着这些思路，我们预计爱因斯坦的经典预测会存在某种偏差，你可能会看到量子引力的印记留存在这些引力波信号上。
"我们希望有一天能看到这些偏差，这将有助于引导我们找到真正的量子引力理论可能是什么。"