Većinu zakona fizike nije briga u kojem se smjeru kreće vrijeme. Naprijed, nazad … u svakom slučaju, zakoni djeluju na isti način. Njutnova fizika, opća relativnost – vrijeme nema nikakve veze s matematikom: to se naziva simetrija preokreta vremena.
U stvarnom svemiru stvari se malo zakompliciraju. A sada je tim naučnika predvođen astronomom Tjardom Beckholtom sa portugalskog univerziteta Aveiro dokazao da su potrebna samo tri tijela koja gravitiraju u interakciji da bi se prekinula simetrija preokreta vremena.
“Do sada je kvantitativni odnos između kaosa u dinamičkim sistemima zvijezda i nivoa nepovratnosti ostao neizvjestan”, napisali su u svom članku.
'U ovom radu proučavamo haotične sisteme od tri tijela u slobodnom padu, u početku koristeći tačan i precizan kod n-tijela koji nadilazi standardnu aritmetiku dvostruke preciznosti. Dokazujemo da se udio nepovratnih rješenja smanjuje kao numerički zakon snage. '
Problem n-tijela poznat je problem u astrofizici. To se događa kada dodate više tijela u sistem gravitaciono interakcije.
Kretanje dvaju tijela slične veličine u orbiti oko centralne tačke relativno je jednostavno za matematičko modeliranje, prema Newtonovim zakonima kretanja i Newtonovom zakonu univerzalne gravitacije.
Međutim, čim dodate još jedno tijelo, stvari se zakompliciraju. Tijela počinju gravitacijski poremetiti međusobne orbite, unoseći element haosa u interakciju. To znači da iako postoje rješenja za posebne slučajeve, ne postoji formula – unutar Newtonove fizike ili opće relativnosti – koja precizno opisuje ove interakcije.
Kaos u svemiru je značajka, a ne greška.
Kada rade simulacije n-tijela, fizičari ponekad dobivaju vremensku nepovratnost u svojim rezultatima – drugim riječima, izvođenje simulacija u suprotnom smjeru ne vraća ih na prvobitno polazište.
Da li je to rezultat haosa ovih sistema ili problema sa simulacijom koji dovode do nesigurnosti u njihovu pouzdanost, još uvijek nije poznato.
Tako su Beckholt i njegove kolege razvili test da to shvate.
“Budući da su Newtonove jednadžbe kretanja vremenski reverzibilne, izravna integracija praćena obrnutom integracijom u isto vrijeme trebala bi vratiti izvornu implementaciju sustava (iako s razlikom u znakovima brzina)”, napisali su u svom radu.
'Tako da su rezultati testa reverzibilnosti sigurno poznati.'
Tri tijela u sistemu su crne rupe i testirana su u dva scenarija. U prvom slučaju, crne rupe su se počele kretati jedna prema drugoj u složenim orbitama prije nego što je jedna od crnih rupa napustila sistem.
Drugi scenarij započinje tamo gdje prvi završava i trči unatrag u vremenu, pokušavajući vratiti sistem u prvobitno stanje.
Otkrili su da se 5 posto vremena simulacija nije mogla provesti. Sve što je trebalo bilo je ometanje sistema veličine Planckove dužine, na 0,000000000000000000000000000000000016 metara, što je bila najkraća moguća dužina.
“Kretanje tri crne rupe može biti toliko haotično da će na kretanje utjecati nešto manje od duljine Plancka”, rekao je Beckholt. 'Perturbacije veličine Planckove dužine imaju eksponencijalni učinak i narušavaju simetriju vremena.'
Pet posto možda nije toliko, ali budući da nikada ne možete predvidjeti koja će od vaših simulacija pasti u tih pet posto, istraživači su zaključili da su sistemi n-tijela “u osnovi nepredvidivi”.
“Nemogućnost vraćanja vremena više nije statistički argument”, rekao je Portegis Zwart. 'To je već skriveno u osnovnim zakonima prirode. Nijedan sistem od tri objekta u pokretu, velikih ili malih, planeta ili crnih rupa, ne može izbjeći pravac vremena. '
Studija je objavljena u Monthly Notices Kraljevskog astronomskog društva.
