LIGO 实验采用迈克逊干涉仪不可能探测到引力波—— 引力波存在时光的波长和速度同时改变导致 LIGO 实验的致命错误——梅晓春（1） 黄志洵（2） Policarpo Ulianov（3） 俞平 （4）（1）福州原创物理研究所,中国 （2）中国传媒大学信息工程学院,北京（3）Equalix Tecnologia LTDA, Brazil （4）Cognitech Calculation Technology Institute, USA内容摘要 本文严格证明，LIGO实验的计算忽略了两个重要因素，导致致命的错误一是忽略了引 力波对光的波长的影响，二是没有考虑到引力波存在时光速不是常数按照广义相对论，引力波对 空间距离产生影响的同时，也会对光的波长的影响同时考虑着两个因素，迈克逊干涉仪上激光的 相位是不变的此外按照广义相对论，引力波存在时，时空度规的空间部分发生改变，但时间部分 却是平直的由此导致引力波存在时光速不是常数，用时间差计算干涉图像变化的方法失效因此 LIGO实验设计的基本原理是错的，采用迈克逊激光干涉仪不可能观察到引力波由于光速不是常数， LIGO实验中所有关于信号匹配的计算都将改变，就谈不上引力波的探测了。
事实上，迈克逊当年也 是采用迈克逊干涉仪，试图发现地球绝对运动然而迈克逊实验得到的是零结果，由此导致狭义相 对论的诞生LIGO实验的基本原理与迈克逊实验的基本原理是一样的，在实验过程中光波的相位都 是不变的用迈克逊干涉仪做实验只能得到零结果，由此注定LIGO实验不可能发现引力波的 关键词：引力波， LIGO 实验，广义相对论，狭义相对论，迈克逊干涉仪，—•刖言LIGO （美国激光干涉引力波天文台）采用迈克逊激光干涉仪，声称在四个月内探测到两次引力 波爆发事件GW150914和WG151226【1】、【2】，以及一次疑似引力波爆发事件LVT151012【2】 本文证明采用迈克尔逊干涉仪不可能探测到引力波，LIGO实验的基本原理存在原则性的错误，所谓 发现两个黑洞合并，导致引力波爆发的实验结果是不可信的LIGO实验原理是，按照广义相对论，引力波会引起空间伸缩，导致迈克尔逊干涉仪两臂的长度 差改变沿两臂传播的激光汇合后就会产生相位差，引起干涉条纹变化，从而观察到引力波实际 计算可以采用两种方法，一种是计算干涉仪上两光到达干涉屏时的位相差，另外一种是计算两光到 达干涉屏时的时间差在 LIGO 的实验中，两种方法计算都被使用，证明引力波会引起干涉图像改 变。
但这种计算方法的前提是，光的传播速度是一个常数众所周知，光波的相位不但与传播距离有关，还与波长有关空间伸缩也会引起波长发生改变 从而影响光波的相位本文指出，LIGO实验的计算忽略了引力波对光的波长的影响如果同时考虑 引力波对空间距离和波长的影响，迈克尔逊干涉仪上传播的激光的相位是不变的，因此LIGO实验 是不可能观察到引力波的另一方面，LIGO实验计算中始终将光的速度视为常数本文严格按照广义相对论证明，在引力波存在的情况下，光的运动速度不是常数如果沿迈克尔逊干涉仪的一条臂的速度小于真空光速， 沿另外一条臂的速度大于真空光速考虑到引力波存在的情况下光速不是常数，光沿迈克尔逊干涉 仪两臂运动就不存在时间差因此用第二种方法计算，采用迈克尔逊干涉仪，LIGO仍然无法探测到 引力波本文最后简述了 LIGO实验存在的其他原则问题，结论是LIGO实验并没有探测到所谓的两个 黑洞合并爆发引力波的事件，发现的所谓引力波信号只可能是某种偶然原因产生的噪音二. LIGO实验中迈克逊干涉仪激光相位不变的证明按照广义相对论，在弱场条件下，引力场的度规张量写为:(1)g （x）二耳 + h （x）其中耳是平直时空度规，h （x）是一个小量。
代入爱因斯坦引力场方程，可以证明引力波辐射是 pv pv四极矩模式在空间范围不大的情况下，计算可得h （x） = h （t）当引力波沿x轴传播时强度为 qv qvh（t），沿y轴传播时强度为h（t），同时可以证明二者存在关系h（t） = -h（t）【3】因此引力波 11 22 11 22存在时，引力场的时空度规是：(2)ds2 二 c2dt2 - [1 + h (t)]dx2 - [1 + h (t)]dy211 22可见引力波存在时引力场时空度规的时间部分是平直的，空间部分弯曲另一方面，按照广义相对论，光在引力场中运动时四维弧元为零，即ds2二0设引力波在z轴 方向传播，当光x分别沿x轴方向和y轴方向传播时，就有【4】：(3)11ds2 二 c2dt2 - [1 + h (t)]dx2 二 0 ds2 二 c2dt2 — [1 + h (t)]dy2 二 0" 22显然这两个度规的时间部分是平直的, 生改变考虑到Ihjvv 1，|h22 << 1,2：空间部分是弯曲的因此引力波的存在会使光的传播形式发 以及h（t） = -h（t），得：11 一一cdx 二-訝+ hn22(1 )dt 二 c 1 - — h (t) dtI 2 11 丿(4)dy 二卫 + h22(1 )dt 二 c 1 + — h (t) dtI 2 11 丿(5)图 1 迈克尔逊干涉实验原理LIGO实验用迈克逊激光干涉仪测量引力波，迈克逊干涉仪的其本工作基本原理如图1所示。
光 从光源S发出，经过发光镜分成两路，光线1穿过分光镜后到达反射镜M，然后折回并被反射到E1光线2直接被反射到M后折回，与来自M的光线叠加，在E处产生干涉条纹，观察者在E处观察2 1我们先讨论最简单的情况设干涉仪一条臂的长度等于L，令h (t) = h =常数，光沿一条臂来0 11回运动一周的时间是t -1 = 2t，将(4)和(5)式对这个时间区间积分，得：2 1x二 2L (1 -h/2) y 二 2L (1 + h/2) (6)0 0其中L = ce沿两条臂运动的光的路程差为AL = y — x — 2L h设激光的振幅是：0 0E — E cos(® t - kx) E — E cos(® t — ky) ( 7 )x 0 y 0其中k — 2兀/九，o — 2kv ， vk — c按照普通光学的计算，两光振幅叠加后平方，得到光强为：E 2 —(E + E)2 — 2 E2(1 + cos A) (8)x y 0相位差是：2兀A8 — k (y - x) — -(y - x) (9)如果没有引力波相位差是：九y — x — 2L，则A5 — 0如果有引力波通过，按照现有理论，两光在汇合后的 0(10)2兀/ 、 4兀L ha§—T(y - x)—产因此引力波会使激光干涉仪的条纹产生变化，通过观察干涉条纹的变化，就可以探测到引力波。
然而以上计算是有问题的首先，严格按照广义相对论，公式-1)和-2)只使用于真空中两 个自由粒子之间的距离LIGO激光干涉仪固定在钢管中，钢管固定在地球表面上激光仪的两个玻 璃用纤维材料悬挂在干涉仪支架上整个系统受电磁相互作用的支配，而电磁相互作用比引力信号 作用强10 40倍！因此引力波根本不可能克服电磁相互作用，使钢管的长度发生变化，或者克服纤维 材料的应变力，使两个镜子之间的距离发生变化是LIGO实验的致命伤，是无可救药的这个问 题在文献【5】中有详细讨论，就不重复本文要讨论的重点是，以上计算没有考虑到引力波对激光波长的影响如果引力波能使空间距 离产生改变，同样也会使激光的波长产生改变，而且二者是同步的因此引力波存在时，按照(6) 式，沿x轴和y轴运动的波长就变成：九一九(1-h /2)，x九—九(1 + h /2)y(11)两光在汇合后，相位差是：( 、(12)AS- 2兀丄-王九 九< y x因此激光干涉条纹仍然不变，也就是说用迈克逊干涉仪是无法探测到引力波的如果h (t)丰常数，可以将引力波写成以下形式：11h (t) — h sin(o t +0 ) (13)11 0 g 0其中3 g是引力波的振动频率’代入⑸和⑹式积分后得:x 二 2ct — 一于sin@ t +0 )dt2 g o0T ch二 L — —o0 20cos(2® t +0 ) — cos0 二 L (1 — A/2)~ 0 ~(14)y 二 2ct +—0 于sin(® t + 0 )dt2 g 00其中:二L +他0 20cos(2® t +0 )—cos0 二 L (1 + A/2)~ ~ 0(15)ch0-0L0cos(2® t +0)—cos0g 0(16)结果与（6）式一样，只不过用A代替h。
在LIGO实验中，引力波的频率是v二30 ~ 300Hz，波长九二c/V二106〜107米LIGO激光干涉仪的臂长L = 4X103米因此九>>L，在引力波通过LIGO干涉仪的空间范围内，引力的波 0 0长是固定的，仍然可以近似地用（11）式表示（用A代替h ）因此即使用（13）式描述引力波，LIGO 实验仍然无法探测到引力波二•引力波存在时光速不是常数从（2）式可知，引力波存在时，时空度规的时间部分是平直的，空间部分弯曲从（）和（5） 式可以得出一个结论，即引力波存在时光速不是常数，我们有：V二竺x dt2 11丿v 二 dy 二 c y dt(1 )二 c 1 + — h 丰 cI 2 11 丿(17)这个结果会对LIGO实验产生很大的影响但现有理论没有考虑到这个问题，总把引力场中的光速 看成是一个常数文献【4】和【7】对上式的解释是，引力波的作用使空间的折射率从1变成卫+力砍 因此在介质中光的速度要改变，就不是真空中的光速更有趣的是，如果h > 0，则V < c, V > c，11 x y也就是说V是超真空光速的如何理解这个现象呢？现有引力波理论没有考虑这个问题y文献【7】还指出，“对于高斯光束等，光的时空间隔不为零。
而在激光引力波探测装置中存在 的通常是高斯光束那么这种光是否存在于弯曲时空中吗？ ”按照更严格的计算，引力波存在时， 高斯光束的传播速度是【7】：(18)2(k® )2 + (2z /® )20 0其中® 2是高斯光的斑点的尺寸，k是波矢，z是光沿z运动的坐标LIGO通过干涉仪两臂之间信 0号波形的匹配来确定引力波，同时假设干涉仪上的激光和引力波都以光速传播如果激光的速度不是真空光速，这种结果对LIGO实验的波形匹配会产生非常大的影响，原来与引力波样板匹配的信 号可能变得完全不匹配，所谓发现引力波的结论也得重新考虑事实上，LIGO也承认引力波会对光的波长产生影响但他们认为这不会改变激光的干涉图样， 原因是干涉仪的臂长与光的波长之间存在差别（这个理由莫名其妙，物理意义不明确）在LIGO官 方网站（https://www.ligo. caltech.edu/page/faq）的 FAQ栏目中（frequently asked questions），我们可 以看至U 以下的文字:“ A gravitational wave does stretch and squeeze the wavelength of the light in the arms. But the interference pattern doesn。