[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出，时间的流动源于四维时空中新时空的持续生成，其中哈勃膨胀不仅产生新的空间，也产生新的时刻（'现在'）。该理论预测，在黑洞并合过程中，由于新时空的生成，引力波发射会出现可测量的时间延迟，从而为LIGO观测提供了一种可检验的广义相对论偏离。

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

研究动机与目标

• 为解决空间与时间在时空统一框架下仍存在的基本不对称性。
• 解释为何时间单向流动而空间却不流动，挑战传统基于熵的箭头时间解释。
• 提出一种基于宇宙学时空生成的、可物理检验的时间流动机制。
• 识别新时间在剧烈时空事件（如黑洞并合）中产生的可观测后果。
• 提供一种可证伪的、基于广义相对论但真空动力学有所修改的熵基时间箭头理论的替代方案。

提出的方法

• 使用四维时空框架对宇宙建模，其中哈勃膨胀同时生成新空间与新时间。
• 修改真空度规张量，引入一个在时空动态扰动时能产生本征时间的项。
• 将该模型应用于黑洞并合过程，其中大量空间被快速生成，预测引力波发射存在时间滞后。
• 利用LIGO数据搜索波形偏差，以探测由新时间生成引起的时间延迟。
• 分析时空的因果结构，探讨为何新时间仅在时间的'末端'生成，而非均匀分布。
• 将该模型与标准广义相对论进行比较，评估其与已知约束（包括引力红移和因果性）的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 时间的流动是否可由四维时空中新时空的持续生成来解释？
• RQ2 黑洞并合过程中新空间的生成是否会导致引力波发射的可探测时间延迟？
• RQ3 新时间仅在时间末端生成的不对称性是物理必然，还是坐标效应的产物？
• RQ4 该模型能否通过观测检验（尤其是LIGO数据）与广义相对论区分开来？
• RQ5 如果时间并非持续生成，对因果性和自由意志将产生何种影响？

主要发现

• 该模型提出，随着哈勃膨胀生成新空间，新时刻（'现在'）也持续生成，从而解释了时间的流动。
• 基于所生成的空间体积，预测在黑洞并合期间存在约1毫秒的时间延迟，这是由于新时空的生成所致。
• 预测的时间滞后源于新时间与新空间同时生成，导致引力波发射出现可测量的延迟。
• 该模型表明，真空度规必须包含一个额外项，在动态时空条件下生成本征时间，超越标准暗能量。
• 该理论暗示时间箭头并非由熵或热力学决定，而是由宇宙学尺度的时空生成所决定，提供了一种可证伪的替代方案。
• 该模型预测，时间反转仅在极端条件下发生，例如当黑洞质量低于2.4×10¹⁰ kg时，其蒸发速率可能超过宇宙时间的生成速率。