Mengapa waktu mengalir? Salah satu jawaban yang tidak biasa, dari fisikawan Richard Muller dan rekan penulisnya Shaun Maguire, adalah bahwa alam semesta terus menciptakan waktu baru, sama seperti ia menciptakan ruang baru saat mengembang. "Sekarang" adalah tepi tempat waktu baru ditambahkan.
Kedengarannya tidak bisa diuji, tetapi mereka menunjukkan tempat di mana efeknya bisa muncul. Saat dua lubang hitam bergabung, banyak ruang baru muncul sekaligus. Jika waktu baru ikut muncul, gelombang gravitasi dari akhir penggabungan seharusnya tiba pada kita sedikit lebih lambat dibandingkan prediksi persamaan Einstein.
Kami mengambil gagasan itu dan menguji salah satu versinya dengan data nyata.
Versi yang kami uji
Muller dan Maguire mengaitkan waktu baru dengan volume ruang. Masalahnya, volume bergantung pada cara Anda membagi ruang-waktu menjadi ruang dan waktu. Jadi versi mereka membutuhkan satu cara pembagian yang diutamakan, sementara eksperimen hanya menyisakan sangat sedikit ruang untuk itu.
Karena itu, kami mengaitkan waktu baru dengan sesuatu yang disepakati setiap pengamat: luas horizon lubang hitam. Saat dua lubang hitam bergabung, horizon akhirnya lebih besar daripada jumlah kedua horizon awal. Kami membuat keterlambatan bertambah seiring luas tambahan itu:
delay = β × √(added horizon area / 4π) / c
Di sini β adalah satu-satunya parameter angka bebas. Jika gagasan ini benar dalam bentuk paling sederhananya, β sekitar 1. Jika efek semacam itu tidak ada, β adalah 0.
Untuk GW250114, salah satu penggabungan lubang hitam dengan sinyal terkuat yang pernah direkam, β = 1 berarti keterlambatan sekitar 0.36 milidetik, yang mulai aktif dalam beberapa milidetik terakhir saat horizon menyatu:
Momen ketika horizon menyatu bukanlah sesuatu yang kami pilih. Kami membacanya dari simulasi komputer terbuka tentang penggabungan lubang hitam (katalog SXS), di mana horizon bersama muncul sekitar 7–8 satuan massa sistem sebelum puncak gelombang.
Bagaimana kami mencarinya
Kami mengunduh data LIGO untuk GW250114 dari Gravitational Wave Open Science Center dan mencocokkannya dengan dua model sekaligus: bentuk gelombang standar, dan bentuk gelombang yang sama dengan keterlambatan yang mulai aktif pada momen penyatuan horizon. Pencocokan ini menghasilkan rentang keterlambatan yang sesuai dengan data.
Sebelum memercayai jawaban dari data nyata, kami memeriksa metode dengan dua cara:
- Kami menambahkan sinyal buatan tanpa keterlambatan ke derau detektor nyata di dekat peristiwa itu. Analisis dengan benar mengembalikan hasil "tidak ada keterlambatan".
- Kami menambahkan sinyal buatan dengan keterlambatan β = 1. Analisis menemukannya, dan tidak satu pun solusinya konsisten dengan keterlambatan nol.
Panel kanan adalah yang paling penting. Keterlambatan β = 1 (ungu) akan mudah terlihat. Data nyata (biru) berada jauh di sebelah kirinya.
Apa yang dikatakan data
Dengan dua model bentuk gelombang yang independen, data GW250114 memberikan:
- β < 0.74 (model pertama) dan β < 0.79 (model kedua), pada tingkat kepercayaan 95%;
- β = 1 tidak didukung pada sekitar 2.6σ dalam keduanya;
- varian dengan tanda keterlambatan yang acak dan besaran yang lebih besar tersingkir.
Kami menambahkan penggabungan kedua, GW250207. Hanya dua dari tiga detektornya yang dapat digunakan di sini, sehingga batasnya jauh kurang tajam, dan jika berdiri sendiri ia tidak bisa membedakan β = 0 dari β = 1. Jika digabungkan dengan GW250114, batasnya tetap β < 0.79.
Apa yang tidak ditunjukkan hasil ini
Ini adalah batas untuk satu gagasan tertentu. Ini bukan bukti yang mendukungnya, dan bukan klaim tentang waktu secara umum. Beberapa catatan yang perlu disampaikan dengan jujur:
- Satu peristiwa bersinyal kuat membawa hampir seluruh bobot. 2.6σ memberi petunjuk, bukan kepastian.
- Angka 2.6σ hanya memperhitungkan derau statistik. Kedua model bentuk gelombang sudah sedikit berbeda; kesalahan pemodelan beberapa kali lebih besar dari perbedaan itu akan membawa β = 1 ke sekitar 1.6σ.
- Bentuk aktivasi keterlambatan adalah fungsi tangga mulus yang sederhana; pertumbuhan horizon yang sebenarnya berupa lompatan yang diikuti pertumbuhan lebih lambat.
- Kami menggunakan model umum untuk kalibrasi detektor, bukan model milik kolaborasi itu sendiri.
- Setiap pengujian metode menggunakan satu potongan derau.
Sebelas penggabungan bersinyal kuat lainnya dalam katalog terbuka lolos kriteria seleksi yang sama. Analisis terhadap tiga yang paling kuat sedang berjalan. Jika gagasan ini salah, batasnya seharusnya makin ketat; jika β = 1 benar, peristiwa-peristiwa itu seharusnya mulai menarik hasil ke arahnya.
Uraian lengkap, beserta tabel, setiap pemeriksaan, dan referensi, tersedia di sini sebagai PDF: Apakah penggabungan lubang hitam menciptakan waktu? Batas dari GW250114.
Data: Gravitational Wave Open Science Center (gwosc.org), LIGO, Virgo dan KAGRA. Simulasi: katalog SXS. Analisis: bilby dan dynesty.