Večino fizikalnih zakonov ne zanima, v katero smer se čas premika. Naprej, nazaj … vseeno pa zakoni delujejo enako. Newtonova fizika, splošna relativnost – čas nima nič skupnega z matematiko: temu rečemo simetrija preobrata časa.
V resničnem vesolju se stvari nekoliko zapletejo. Zdaj je skupina znanstvenikov pod vodstvom astronoma Tjarda Beckholta z portugalske univerze Aveiro dokazala, da potrebujejo le tri gravitacijsko delujoča telesa, da prekinejo simetrijo preobrata časa.
“Do zdaj je količinsko razmerje med kaosom v dinamičnih sistemih zvezd in stopnjo nepovratnosti ostalo negotovo,” so zapisali v svojem članku.
'V tem prispevku preučujemo kaotične sisteme treh teles v prostem padu, sprva z uporabo natančne in natančne kode n-telesa, ki presega standardno aritmetiko dvojne natančnosti. Dokazujemo, da se delež ireverzibilnih rešitev zmanjšuje s številskim zakonom o moči. '
Problem n-telesa je znan problem v astrofiziki. Pojavi se, ko v gravitacijsko interakcijski sistem dodate več teles.
Premiki dveh teles primerljive velikosti v orbiti okoli osrednje točke so razmeroma enostavni za matematično modeliranje, v skladu z Newtonovimi zakoni gibanja in Newtonovim zakonom univerzalne gravitacije.
Ko pa dodate še eno telo, se stvari zapletejo. Tela začneta gravitacijsko moteti orbite drug drugega in v interakcijo vnašata element kaosa. To pomeni, da čeprav obstajajo rešitve za posebne primere, nobena formula – znotraj Newtonove fizike ali splošne relativnosti – ne bi natančno opisala teh interakcij.
Kaos v vesolju je značilnost in ne napaka.
Pri izvajanju simulacij n-telesa fiziki včasih dobijo časovno nepovratnost pri rezultatih – z drugimi besedami, izvajanje simulacij nazaj jih ne vrne na prvotno izhodišče.
Ali je to posledica kaosa teh sistemov ali težav s simulacijo, ki povzročajo negotovost glede njihove zanesljivosti, še vedno ni znano.
Tako so Beckholt in njegovi kolegi razvili test, da bi to ugotovili.
“Ker so Newtonove enačbe gibanja sčasoma reverzibilne, bi morala neposredna integracija, ki ji hkrati sledi povratna integracija, obnoviti prvotno izvedbo sistema (čeprav z razliko v predznakih hitrosti),” so zapisali v svojem prispevku.
“Torej so rezultati testa reverzibilnosti zagotovo znani.”
Tri telesa v sistemu so črne luknje in so jih preizkusili v dveh scenarijih. V prvem primeru so se črne luknje začele premikati druga proti drugi v zapletenih orbitah, preden je ena od črnih lukenj zapustila sistem.
Drugi scenarij se začne tam, kjer se prvi konča in teče nazaj v času, poskuša sistem obnoviti v prvotno stanje.
Ugotovili so, da 5 odstotkov časa simulacije ni mogoče izvesti. Vse, kar je bilo potrebno, je bilo motenje sistema v velikosti Planckove dolžine, saj je bila 0,000000000000000000000000000000000016 metra najkrajša možna dolžina.
“Gibanje treh črnih lukenj je lahko tako kaotično, da bo na gibanje vplivalo nekaj manj kot dolžina Plancka,” je dejal Beckholt. “Motnje velikosti Planckove dolžine imajo eksponentni učinek in porušijo simetrijo časa.”
Pet odstotkov morda ni toliko, a ker nikoli ne morete napovedati, katera od vaših simulacij bo spadala med pet odstotkov, so raziskovalci ugotovili, da so sistemi n-telesa “v osnovi nepredvidljivi”.
“Zmožnost vrnitve časa nazaj ni več statistični argument,” je dejal Portegis Zwart. 'To se že skriva v osnovnih naravnih zakonih. Noben sistem treh premikajočih se predmetov, velikih ali majhnih, planetov ali črnih lukenj, ne more uiti smeri časa. '
Študija je bila objavljena v Monthly Notices Royal Astronomical Society.
