Почему время течёт? Один необычный ответ физика Ричарда Мюллера и его соавтора Шона Магуайра: Вселенная постоянно создаёт новое время, так же как она создаёт новое пространство при расширении. «Сейчас» тогда — край, на котором добавляется новое время.
Звучит как нечто непроверяемое, но они указали место, где это могло бы проявиться. Когда две чёрные дыры сливаются, разом появляется много нового пространства. Если вместе с ним появляется новое время, гравитационная волна от конца слияния должна прийти к нам чуть позже, чем предсказывают уравнения Эйнштейна.
Мы взяли эту идею и проверили одну её версию на настоящих данных.
Какую версию мы проверили
Мюллер и Магуайр связывают новое время с объёмом пространства. Проблема в том, что объём зависит от того, как разделить пространство-время на пространство и время. Поэтому их версии нужен один предпочтительный способ такого разделения, а эксперименты оставляют для этого очень мало места.
Поэтому мы связали новое время с тем, в чём согласны все наблюдатели: с площадью горизонтов чёрных дыр. Когда две чёрные дыры сливаются, итоговый горизонт больше двух исходных, вместе взятых. Мы задали рост задержки с этой добавочной площадью:
delay = β × √(added horizon area / 4π) / c
Здесь β — единственный свободный числовой параметр. Если идея верна в своей простейшей форме, β примерно равна 1. Если такого эффекта нет, β равна 0.
Для GW250114, одного из самых громких слияний чёрных дыр, зарегистрированных к настоящему времени, β = 1 означает задержку около 0.36 миллисекунды, которая включается в последние несколько миллисекунд, когда горизонты соединяются:
Момент соединения горизонтов мы не выбирали. Мы взяли его из открытых компьютерных симуляций слияния чёрных дыр (каталог SXS), где общий горизонт появляется примерно за 7–8 единиц массы системы до пика волны.
Как мы искали задержку
Мы скачали данные LIGO для GW250114 из Gravitational Wave Open Science Center и подогнали их сразу двумя моделями: стандартной формой волны и той же формой волны с задержкой, включающейся в момент соединения горизонтов. Подгонка даёт диапазон задержек, согласующихся с данными.
Прежде чем доверять ответу на настоящих данных, мы проверили метод двумя способами:
- Добавили искусственный сигнал без задержки в настоящий шум детектора рядом с событием. Анализ верно вернул «задержки нет».
- Добавили искусственный сигнал с задержкой β = 1. Анализ нашёл её, и ни одно из его решений не было совместимо с нулевой задержкой.
Ключевая панель — правая. Задержку β = 1 (фиолетовый) было бы легко увидеть. Настоящие данные (синий) находятся далеко слева от неё.
Что говорят данные
С двумя независимыми моделями формы волны данные GW250114 дают:
- β < 0.74 (первая модель) и β < 0.79 (вторая модель), с доверительной вероятностью 95%;
- β = 1 не поддерживается примерно на уровне 2.6σ в обеих моделях;
- вариант со случайным знаком и большей величиной задержки исключён.
Мы добавили второе слияние, GW250207. Здесь для него пригодны только два из трёх детекторов, поэтому ограничение гораздо менее точное, и само по себе оно не позволяет отличить β = 0 от β = 1. В сочетании с GW250114 предел остаётся на уровне β < 0.79.
Чего это не показывает
Это ограничение на одну конкретную идею. Это не свидетельство в её пользу и не утверждение о времени вообще. Несколько честных оговорок:
- Почти весь вес несёт одно громкое событие. 2.6σ — намёк, а не решающий результат.
- В 2.6σ учтён только статистический шум. Две модели формы волны уже немного различаются; ошибка моделирования в несколько раз больше этой разницы снизила бы значимость β = 1 примерно до 1.6σ.
- Включение задержки описано простой плавной ступенькой; настоящий рост горизонта — это скачок, за которым следует более медленный рост.
- Мы использовали общую модель калибровки детекторов, а не собственные модели коллабораций.
- В каждой проверке метода использовался один отрезок шума.
Ещё одиннадцать громких слияний в открытом каталоге проходят те же критерии отбора. Анализ трёх самых громких из них идёт сейчас. Если идея неверна, предел должен стать строже; если β = 1 верна, события должны начать тянуть результат к этому значению.
Полный текст с таблицами, всеми проверками и ссылками на источники доступен в PDF: Создаёт ли слияние чёрных дыр время? Ограничение по GW250114.
Данные: Gravitational Wave Open Science Center (gwosc.org), LIGO, Virgo и KAGRA. Симуляции: каталог SXS. Анализ: bilby и dynesty.