[論文レビュー] Now, and the Flow of Time

Richard A. Muller, Shaun Maguire|arXiv (Cornell University)|Jun 25, 2016

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、4次元時空において、連続的な新規時空生成が時間の流れを生じると提案している。ハッブル膨張は、新規空間だけでなく、新規の「今」（nows）をも生成する。ブラックホール合体時における重力波放出に測定可能な遅延が生じるという予測を提示しており、LIGO観測による一般相対性理論からの検証可能な逸脱を提供する。

ABSTRACT

The progression of time can be understood by assuming that the Hubble expansion takes place in 4 dimensions rather than in 3. The flow of time consists of the continuous creation of new moments, new nows, that accompany the creation of new space. This model suggests a modification to the metric tensor of the vacuum that leads to testable consequences. Two cosmological tests are proposed, but they present both experimental and theoretical problems. A more practical and immediate test is based on a predicted lag in the emergence of gravitational radiation when two black holes merge. In such mergers (as recently observed by the LIGO team), a macroscopic volume (millions of cubic kilometers) of space is created in the region in which the gravitational wave is generated; this one-time creation of new space should be accompanied by the creation of detectable level of new time, resulting in a time delay that could be observed as a growing lag in the emission of the wave as the merger takes place

研究の動機と目的

• 時空として統合された空間と時間の間の根本的非対称性を解消すること。
• 時間はなぜ前向きに流れ、空間はなぜそうではないかを解明し、エントロピーによる伝統的な時間の矢の説明に挑戦すること。
• 宇宙論的時空生成に基づく物理的に検証可能な時間の流れのメカニズムを提唱すること。
• ブラックホール合体などの激しい時空イベント中に新規時間生成がもたらす観測可能な結果を同定すること。
• 一般相対性理論に修正された真空力学を基礎とする、エントロピーに基づく理論の代替として、反証可能な代替理論を提供すること。

提案手法

• ハッブル膨張が新規空間と同時に新規時間も生成する4次元時空枠組みで宇宙をモデル化すること。
• 動的時空歪みの下で固有時間（proper time）を生成する項を含むように、真空計量テンソルを修正すること。
• 大規模な空間が急速に生成されるブラックホール合体にモデルを適用し、重力波放出に遅延が生じると予測すること。
• LIGOデータを用いて、新規時間生成に起因する遅延を示す波形のずれを探索すること。
• 時空の因果的構造を分析し、なぜ新規時間は「時間の終わり」にのみ生成されるのかを検討すること。
• 標準的一般相対性理論と比較し、重力赤方偏移や因果性を含む既知の制約と整合性があるかを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 時間の流れは、4次元における新規時空の連続的生成によって説明可能か？
• RQ2 ブラックホール合体時に新規空間が生成される際、重力波放出に測定可能な遅延が生じるか？
• RQ3 新規時間の生成が時間の「終わり」でのみ起こるという非対称性は、物理的必然性か、座標の便宜的性質か？
• RQ4 観測的テスト、特にLIGOデータを用いた場合、このモデルは一般相対性理論と区別可能か？
• RQ5 時間の連続的生成がなければ、因果性や自由意思にどのような影響が生じるか？

主な発見

• モデルは、ハッブル膨張に伴い新規空間が生成される際、新規の「今」（nows）が連続的に生成されることを提唱し、時間の流れを説明する。
• 空間生成量に基づく計算から、ブラックホール合体時における約1ミリ秒の時間遅延が予測される。
• 予測された遅延は、新規空間と同時に新規時間が生成されることに起因し、重力波放出に測定可能な遅延をもたらす。
• モデルは、標準的ダークエネルギーを越えて、動的時空条件下で固有時間を生成する追加項を真空計量に含める必要があると示唆する。
• 理論は、時間の矢がエントロピーまたは熱力学によって決定されるのではなく、宇宙論的時空生成によって決定されることを示し、反証可能な代替理論を提供する。
• モデルは、蒸発が宇宙論的時間生成を上回る極端な状況、例えば2.4×10¹⁰ kg未満のブラックホールでは、時間の逆転が起こり得ると予測する。