Väčšina zákonov fyziky nezaujíma, ktorým smerom sa čas pohybuje. Dopredu, dozadu … každopádne zákony fungujú rovnako. Newtonovská fyzika, všeobecná teória relativity – čas nemá nič spoločné s matematikou: nazýva sa to symetria obrátenia času.
V skutočnom vesmíre sa veci trochu komplikujú. A teraz tím vedcov vedený astronómom Tjardom Beckholtom z univerzity v Aveiro v Portugalsku dokázal, že na prelomenie symetrie časovej reverzie sú potrebné iba tri gravitačne interagujúce telesá.
„Doteraz zostal kvantitatívny vzťah medzi chaosom v dynamických systémoch hviezd a úrovňou nezvratnosti neistý,“ napísali vo svojom článku.
„V tomto článku študujeme chaotické systémy troch telies vo voľnom páde, spočiatku pomocou presného a presného kódu n-tela, ktorý presahuje štandardnú aritmetiku s dvojnásobnou presnosťou. Ukazujeme, že zlomok nezvratných riešení klesá ako zákon moci s číselnou presnosťou. “
Problém n-tela je známy problém v astrofyzike. Nastáva, keď pridáte viac tiel do gravitačne interagujúceho systému.
Pohyby dvoch telies porovnateľnej veľkosti na obežnej dráhe okolo centrálneho bodu sú pre matematické modelovanie podľa Newtonových pohybových zákonov a Newtonovho zákona univerzálnej gravitácie pomerne jednoduché.
Akonáhle však pridáte ďalšie telo, veci sa komplikujú. Telá začnú navzájom gravitačne rušiť obežné dráhy, čím do interakcie vnášajú prvok chaosu. To znamená, že hoci existujú riešenia pre špeciálne prípady, neexistuje žiadny vzorec – v rámci newtonovskej fyziky alebo všeobecnej teórie relativity – ktorý tieto interakcie presne popisuje.
Chaos vo vesmíre je vlastnosť, nie chyba.
Pri spustení simulácií n-tela dostanú fyzici niekedy časovú nezvratnosť svojich výsledkov – inými slovami, spustenie simulácií dozadu ich nevráti do pôvodného východiskového bodu.
Či je to dôsledok chaosu týchto systémov alebo problémy so simuláciami vedúcimi k neistote o ich spoľahlivosti, stále nie sú známe.
Beckholt a jeho kolegovia teda vyvinuli test, ktorý to má vyriešiť.
„Pretože Newtonove pohybové rovnice sú časovo reverzibilné, priama integrácia nasledovaná reverznou integráciou súčasne by mala obnoviť pôvodnú implementáciu systému (aj keď s rozdielom v znakoch rýchlostí),“ napísali vo svojom príspevku.
“Takže výsledok testu reverzibility je určite známy.”
Tri telesá v systéme sú čierne diery a boli testované v dvoch scenároch. V prvom prípade sa čierne diery začali pohybovať k sebe na zložitých obežných dráhach predtým, ako jedna z čiernych dier opustila systém.
Druhý scenár sa začína tam, kde prvý končí, a beží späť v čase, pričom sa pokúša obnoviť systém do pôvodného stavu.
Zistili, že 5 percent času nebolo možné vykonať simuláciu. Stačilo zásah do systému s veľkosťou Planckovej dĺžky, pričom najkratšia možná dĺžka bola 0,0000000000000000000000000000000016 metrov.
„Pohyb troch čiernych dier môže byť taký chaotický, že na pohyb bude mať vplyv niečo menšie ako Planckova dĺžka,“ uviedol Beckholt. „Poruchy veľkosti Planckovej dĺžky majú exponenciálny účinok a narúšajú symetriu času.“
Päť percent nemusí byť toľko, ale keďže nikdy nemôžete predvídať, ktorá z vašich simulácií spadne do týchto piatich percent, vedci dospeli k záveru, že systémy n-tela sú „zásadne nepredvídateľné“.
„Neschopnosť vrátiť čas už nie je štatistickým argumentom,“ uviedol Portegis Zwart. „Toto je už skryté v základných prírodných zákonoch. Žiadny systém troch pohybujúcich sa objektov, veľkých ani malých, planét alebo čiernych dier, nemôže uniknúť zo smeru času. ““
Štúdia bola publikovaná v Mesačných oznámeniach Kráľovskej astronomickej spoločnosti.
