A legtöbb fizikai törvény nem érdekli, hogy az idő melyik irányba mozog. Előre, hátra … egyébként a törvények ugyanúgy működnek. Newtoni fizika, általános relativitáselmélet – az időnek semmi köze a matematikához: ezt nevezzük időfordítási szimmetriának.
A valódi világegyetemben a dolgok kissé bonyolulttá válnak. És most Tjard Beckholt csillagász, a portugál Aveiro Egyetem tudósai által vezetett tudóscsoport bebizonyította, hogy csak három gravitációs kapcsolatban álló testre van szükség az időváltási szimmetria megtöréséhez.
“Eddig a csillagok dinamikai rendszereiben zajló káosz és az irreverzibilitási szint közötti kvantitatív kapcsolat bizonytalan maradt” – írták cikkükben.
'Ebben a cikkben háromtestes kaotikus rendszereket vizsgálunk szabad esésben, kezdetben pontos és precíz n-testkód felhasználásával, amely meghaladja a szokásos kettős pontosságú aritmetikát. Bemutatjuk, hogy a visszafordíthatatlan megoldások aránya csökken, mint egy hatalmi törvény, numerikus pontossággal. '
Az n test problémája ismert probléma az asztrofizikában. Akkor fordul elő, ha további testeket ad hozzá egy gravitációsan kölcsönhatásban lévő rendszerhez.
Két összehasonlítható nagyságú test mozgása a központi pont körüli pályán matematikai modellezéshez viszonylag egyszerű, Newton mozgástörvényei és Newton univerzális gravitációs törvénye szerint.
Amint azonban felvesz egy másik testet, a dolgok bonyolultabbá válnak. A testek gravitációs úton kezdik megzavarni egymás pályáit, a káosz egy elemét bevezetve az interakcióba. Ez azt jelenti, hogy bár különleges esetekre léteznek megoldások, a newtoni fizikában vagy az általános relativitáselméletben nincs olyan képlet, amely pontosan leírná ezeket a kölcsönhatásokat.
A káosz az univerzumban jellemző, nem hiba.
Az n testes szimulációk elvégzése során a fizikusok időnként visszafordíthatatlanságot kapnak eredményeikben – más szóval, ha a szimulációkat ellenkező irányba futtatják, akkor nem térnek vissza az eredeti kiindulópontjukra.
Hogy ez e rendszerek káoszának vagy szimulációs problémáknak az eredménye-e, amelyek bizonytalansághoz vezetnek a megbízhatóságukkal kapcsolatban, még nem ismert.
Tehát Beckholt és kollégái tesztet dolgoztak ki ennek kiderítésére.
“Mivel Newton mozgásegyenletei időben visszafordíthatók, a közvetlen integráció, amelyet egyidejűleg fordított integráció követ, vissza kell állítania a rendszer eredeti megvalósítását (bár a sebesség jeleinek különbségével)” – írták cikkükben.
“Tehát a reverzibilitási teszt eredménye biztosan ismert.”
A rendszer három teste fekete lyuk, és két forgatókönyvben tesztelték őket. Az első esetben a fekete lyukak összetett pályákon kezdtek egymás felé haladni, mire az egyik fekete lyuk elhagyta a rendszert.
A második forgatókönyv ott kezdődik, ahol az első véget ér, és az időben visszafelé fut, és megpróbálja visszaállítani a rendszert az eredeti állapotába.
Megállapították, hogy a szimuláció az esetek 5 százalékában nem hajtható végre. Ehhez csak a Planck-hosszúságú rendszerbe kellett beavatkozni, ami a lehető legrövidebb 0,0000000000000000000000000000000000000016 méter volt.
“Három fekete lyuk mozgása annyira kaotikus lehet, hogy a mozgást valami kevésbé befolyásolja, mint a Planck hossza” – mondta Beckholt. “A Planck-hosszúságú perforációknak exponenciális hatása van, és megtörik az idő szimmetriáját.”
Öt százalék nem biztos, hogy annyi, de mivel soha nem lehet megjósolni, hogy melyik szimulációd esik bele az öt százalékba, a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy az n testes rendszerek „alapvetően kiszámíthatatlanok”.
“Az idő visszafordításának képtelensége már nem statisztikai érv” – mondta Portegis Zwart. – Ezt már a természet alapvető törvényei is elrejtik. Három nagy vagy kicsi, bolygó vagy fekete lyuk mozgó tárgyból álló rendszer nem kerülheti el az idő irányát. '
A tanulmány a Royal Astronomical Society havi közleményei között jelent meg.
