Повечето закони на физиката не се интересуват в коя посока се движи времето. Напред, назад … както и да е, законите работят по същия начин. Нютонова физика, обща теория на относителността – времето няма нищо общо с математиката: това се нарича симетрия на обръщане на времето.
В реалната вселена нещата стават малко по-сложни. И сега екип от учени, ръководен от астронома Tjard Beckholt от Университета на Aveiro в Португалия, доказа, че са необходими само три гравитационно взаимодействащи тела, за да се наруши симетрията на обръщането на времето.
“Досега количествената връзка между хаоса в динамичните системи на звездите и нивото на необратимост остава несигурна”, пишат те в статията си.
„В тази статия ние изследваме хаотични системи от три тела при свободно падане, като първоначално използваме точен и точен код на n-тяло, който надхвърля стандартната аритметика с двойна точност. Демонстрираме, че частта от необратимите решения намалява като числов закон за степента. '
Проблемът с n-тялото е известен проблем в астрофизиката. Това се случва, когато добавите повече тела към гравитационно взаимодействаща система.
Движенията на две тела със съпоставим размер по орбита около централна точка са сравнително прости за математическо моделиране, според законите на Нютон за движение и закона на Нютон за всеобщата гравитация.
Въпреки това, веднага щом добавите друго тяло, нещата се усложняват. Телата започват гравитационно да нарушават орбитите на другия, внасяйки елемент на хаос във взаимодействието. Това означава, че въпреки че съществуват решения за специални случаи, няма формула – в рамките на нютоновата физика или общата теория на относителността -, която да описва тези взаимодействия с точност.
Хаосът във Вселената е характеристика, а не грешка.
Когато правят симулации на n-тяло, физиците понякога получават необратимост на времето в резултатите си – с други думи, провеждането на симулации в обратна посока не ги връща към първоначалната им изходна точка.
Дали това е резултат от хаоса на тези системи или симулационни проблеми, водещи до несигурност относно тяхната надеждност, все още не е известно.
Така че Бекхолт и колегите му разработиха тест, за да разберат това.
„Тъй като уравненията за движение на Нютон са обратими във времето, директната интеграция, последвана от обратна интеграция едновременно, трябва да възстанови първоначалното изпълнение на системата (макар и с разлика в знаците на скоростите)“, пишат те в своя доклад.
„Така че резултатът от теста за обратимост е известен със сигурност.“
Трите тела в системата са черни дупки и те бяха тествани в два сценария. В първия случай черните дупки започнаха да се движат една към друга по сложни орбити, преди една от черните дупки да напусне системата.
Вторият сценарий започва там, където първият завършва и работи назад във времето, опитвайки се да възстанови системата до първоначалното й състояние.
Те установиха, че 5 процента от времето симулацията не може да бъде извършена. Всичко, което беше необходимо, беше намеса в системата с размера на дължината на Планк, като 0,000000000000000000000000000000000016 метра беше възможно най-късата дължина.
„Движението на три черни дупки може да бъде толкова хаотично, че движението ще бъде повлияно от нещо по-малко от дължината на Планк“, каза Бекхолт. „Възмущенията с размера на дължината на Планк имат експоненциален ефект и нарушават симетрията на времето.“
Пет процента може да не са толкова много, но тъй като никога не можете да предскажете коя от вашите симулации ще попадне в петте процента, изследователите стигнаха до заключението, че системите с n-тяло са „фундаментално непредсказуеми“.
„Невъзможността да се върне времето назад вече не е статистически аргумент“, каза Портегис Зварт. „Това вече е скрито в основните природни закони. Никоя система от три движещи се обекта, големи или малки, планети или черни дупки, не може да избегне посоката на времето.
Изследването е публикувано в Monthly Notices на Кралското астрономическо общество.
