对于追踪宇宙中微弱涟漪的科学家来说，GW250114 信号显得格外突出。这是有史以来记录到的最清晰的一对合并黑洞产生的引力波信号，为研究人员提供了一个异常锐利的工具，用以检验阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）的引力理论——广义相对论。
“美妙之处在于，这次事件与我们10年前观测到的第一个引力波事件 GW150914 几乎完全相同。它之所以清晰得多，纯粹是因为在过去10年里，我们的探测器变得精确得多，”基夫·米特曼（Keefe Mitman）说道。他是美国国家航空航天局（NASA）哈勃博士后研究员，任职于康奈尔大学文理学院的天体物理学与行星科学中心。
米特曼是研究该信号的论文合著者之一。这篇题为《利用 GW250114 进行黑洞光谱学与广义相对论检验》的论文，于2025年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、意大利的Virgo合作组织以及日本的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就在LIGO-VIRGO-KAGRA项目中扮演了重要角色。
被称为GW250114的引力波产生于两个黑洞碰撞之时，它们在时空中激起了涟漪。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。每个引力波都以探测到的日期命名，LIGO-VIRGO-KAGRA团队于2025年9月公开宣布了此次发现。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。与此同时，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。
当两个黑洞合并时，新形成的天体会发生振动，就像被敲响的钟。米特曼解释说，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。测量单个音调可以让科学家计算出最终黑洞的质量和自旋。而探测到两个或更多音调，则有可能对这些相同的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个音调与同一质量和自旋的组合不匹配，你就可以开始探究你偏离广义相对论预测的程度了。”
就GW250114而言，信号足够清晰，科学家们得以测量两个音调，并对第三个音调的可能范围设限。所有这些结果都与爱因斯坦的理论相符。
那么，如果测量结果不一致呢？
“那我们物理学家就有很多工作要做了，需要努力解释发生了什么，以及我们宇宙中真正的引力理论是什么，”米特曼说。他和合作者认为，未来的引力波信号有可能不完全符合广义相对论，从而为一些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不可能是关于引力的最终定论。正如米特曼指出的，该理论无法解释暗能量和暗物质等现象，并且当科学家试图将其与支配量子世界的定律统一起来时，它就会失效。
“必须要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。“沿着这个思路，我们预计会存在一些偏离爱因斯坦经典预测的情况，你可能会在这些引力波信号上看到量子引力留下的印记。”
“我们希望有一天能看到这些偏差，这将有助于指引我们找到真正的量子引力理论可能是什么样子。”
