Sunt nevoie de doar trei găuri negre pentru a rupe simetria inversării timpului

Majorităţii legilor fizicii nu le pasă în ce direcție merge timpul.

Înainte, înapoi… nu contează, legile funcționează exact la fel.

Fie fizica newtoniană sau relativitatea generală — timpul este irelevant pentru matematică: Aceasta se numește simetria inversării timpului.

Vedeţi şi: Fizicienii au inversat timpul folosind computerul cuantic

În universul real, lucrurile devin un pic mai dezordonate.

Iar acum o echipă de oameni de știință, condusă de astronomul Tjarda Boekholt de la Universitatea din Aveiro din Portugalia, a arătat că este nevoie de doar trei corpuri ce interacționează gravitațional pentru a rupe simetria inversării timpului.

„Până în prezent, o relație cantitativă dintre haosul din sistemele dinamice stelare şi nivelul ireversibilității a rămas nedeterminată”, au scris ei în lucrarea lor (en).

„În această lucrare, noi studiem sisteme haotice cu trei corpuri în cădere liberă, folosind iniţial codul precis n-body Brutus (en), ce depășește aritmetica standard cu dublă precizie”.

Problema n-body, este un renumită în astrofizică.

Ea apare pe măsură ce adăugați mai multe corpuri la un sistem ce interacționează gravitațional.

Mişcările a două corpuri de dimensiuni comparabile pe o orbită în jurul unui punct central sunt relativ simple pentru a putea fi prezise matematic, în conformitate cu legile mișcării şi legea gravitației universale a lui Newton.

Vedeţi şi: 23 de curiozităţi uimitoare despre gravitaţie

Cu toate acestea, odată ce adăugați un alt corp, lucrurile devin complicate.

Corpurile încep a perturba gravitațional orbitele unuia altuia, introducând un element de haos în interacțiune.

Aceasta înseamnă că, deşi există soluţii pentru cazuri speciale, o formulă unică nu există — din cadrul fizicii newtoniene sau relativității generale — ce ar descrie aceste interacțiuni cu exactitate completă.

Chiar şi în cadrul sistemului solar, pe care îl înțelegem destul de bine, noi putem prevedea doar cu câteva milioane de ani în viitor.

Haosul în Univers este o caracteristică, nu o eroare.

Atunci când desfășoară simulări n-body, fizicienii întorc uneori ireversibilitatea timpului în rezultatele lor — cu alte cuvinte, executarea simulărilor în direcție opusă nu-i aduce la punctul inițial de la care au pornit.

Vedeţi şi: Fizicienii au confirmat nucleul în formă de pară – sfârșitul visurilor noastre de a călători în trecut

Ceea ce rămânea neclar, e faptul dacă aceasta este un rezultat al haosului în aceste sisteme sau problema ţine de simulări, ceea ce duce la incertitudine în ceea ce privește fiabilitatea lor.

Aşadar, Boekholt şi colegii săi au conceput un test pentru a determina acest lucru.

El şi astrofizicianul computaţional Simon Zwart, de la Universitatea Leiden din Olanda, au scris anterior un cod de simulare n-body numit Brutus, ce foloseşte puterea de calcul pentru a reduce magnitudinea erorilor numerice.

Acum, ei au folosit-o pentru a testa reversibilitatea în timp a unui sistem cu trei corpuri.

„Deoarece ecuațiile de mișcare ale lui Newton sunt reversibile în timp, o integrare înainte urmată de una înapoi în același timp ar trebui să redreseze realizarea inițială a sistemului (deși cu un indiciu de diferență în viteză)”, au scris ei în lucrarea lor (en).

„Astfel, rezultatul testului ireversibilității este bine cunoscut”.

Cele trei corpuri din sistem sunt găuri negre şi ele au fost testate în două scenarii.

În primul, găurile negre au pornit din repaus , deplasându-se una spre cealaltă în orbite complicate, înainte ca una dintre găurile negre să fie scoasă din sistem.

Vedeţi şi: 10 lucruri care trebuie să le ştiţi despre găurile negre

Al doilea scenariu începe acolo unde se termină primul şi este desfășurat înapoi în timp, în efortul de a restaura sistemul la starea iniţială.

Ei au descoperit că, în 5% din cazuri, simularea nu poate fi inversată.

A fost nevoie de o perturbare a sistemului de dimensiunea unei lungimi Planck (en), care la 0,00000000000000000000000000000000000016 metri, este cea mai mică lungime posibilă (en).

„Mişcarea celor trei găuri ar putea fi într-atât de haotică, încât ceva atât de mic ca lungimea Planck va influința mișcările”, a spus Boekholt (en).

„Tulburările de dimensiunea lungimii Planck au un efect exponențial şi sparg simetria timpului”.

Cinci procente s-ar putea să nu pară mult, dar întrucât nu poţi niciodată să prezici care din simulările voastre se vor încadra în acel cinci la sută, cercetătorii au ajuns la concluzia că sistemele n-body sunt, prin urmare, „fundamental imprevizibile”.

Şi ei au demonstrat până la urmă că problema nu ţine de simulări.

„Imposibilitatea de a întoarce timpul înapoi deja nu mai este doar un argument static”, a spus Portions Black (en).

„Ea este deja ascunsă în legile de bază a naturii. Nici chiar un singur sistem de trei obiecte în mișcare, mari sau mici, care n-or fi ele, planete sau găuri negre, nu pot scăpa de direcția timpului”.

Cercetarea a fost publicată în avizele lunare ale Royal Astronomical Society.