Suurimmalla osalla fysiikan lakeja ei ole väliä mihin suuntaan aika liikkuu. Eteenpäin, taaksepäin … lakit toimivat joka tapauksessa samalla tavalla. Newtonin fysiikka, yleinen suhteellisuusteoria – ajalla ei ole mitään tekemistä matematiikan kanssa: tätä kutsutaan ajan käänteissymmetriaksi.
Todellisessa maailmankaikkeudessa asiat muuttuvat hieman monimutkaisiksi. Ja nyt tähtitieteilijä Tjard Beckholtin johtama tutkijaryhmä Aveiron yliopistosta Portugalista on osoittanut, että aikaa kääntyvän symmetrian rikkomiseen tarvitaan vain kolme gravitaatiovaikutteista elintä.
“Tähän asti tähtien dynaamisissa järjestelmissä kaaoksen ja peruuttamattomuuden tason välinen kvantitatiivinen suhde on pysynyt epävarmana”, he kirjoittivat artikkelissaan.
'' Tässä artikkelissa tutkitaan kolmen rungon kaoottisia järjestelmiä vapaassa pudotuksessa käyttäen ensin tarkkaa ja tarkkaa n-rungon koodia, joka ylittää tavallisen kaksoistarkkuuden aritmeettisen arvon. Osoitamme, että peruuttamattomien ratkaisujen osuus pienenee numeerisena teholakina. '
N-ruumiin ongelma on tunnettu astrofysiikan ongelma. Se tapahtuu, kun lisäät kappaleita gravitaatiovaikutteiseen järjestelmään.
Kahden vertailukelpoisen kappaleen liikkeet kiertoradalla keskipisteen ympärillä ovat suhteellisen yksinkertaisia matemaattista mallintamista varten Newtonin liikelakien ja Newtonin yleisen gravitaation lain mukaan.
Heti kun lisäät toisen ruumiin, asiat monimutkaisevat. Elimet alkavat gravitaatiohäiriöitä toistensa kiertoradoilla ja tuovat vuorovaikutukseen elementin kaaosta. Tämä tarkoittaa, että vaikka ratkaisuja on olemassa erityistapauksiin, Newtonin fysiikassa tai yleisessä suhteellisuusteoriassa ei ole kaavaa, joka kuvailisi näitä vuorovaikutuksia tarkasti.
Kaaos maailmankaikkeudessa on ominaisuus, ei virhe.
Tehdessään n-kehon simulaatioita fyysikot saavat joskus aikaansa peruuttamattomia tuloksia – toisin sanoen simulaatioiden suorittaminen taaksepäin ei palauta niitä alkuperäiseen lähtökohtaansa.
Onko tämä seurausta näiden järjestelmien kaaoksesta vai simulointiongelmista, jotka johtavat epävarmuuteen niiden luotettavuudesta, ei vielä tunneta.
Joten Beckholt ja hänen kollegansa kehittivät testin selvittääksesi tämän.
“Koska Newtonin liikeyhtälöt ovat ajassa palautuvia, suoran integraation, jota seuraa käänteinen integraatio, pitäisi samalla palauttaa järjestelmän alkuperäinen toteutus (vaikkakin nopeusmerkkien erolla)”, he kirjoittivat paperissaan.
'Joten palautuvuustestin tulos tiedetään varmasti.'
Järjestelmän kolme runkoa ovat mustia aukkoja, ja niitä testattiin kahdessa skenaariossa. Ensimmäisessä tapauksessa mustat reiät alkoivat liikkua toisiaan kohti monimutkaisia kiertoratoja, ennen kuin yksi mustista aukoista poistui järjestelmästä.
Toinen skenaario alkaa siitä, missä ensimmäinen päättyy ja kulkee ajassa taaksepäin yrittäen palauttaa järjestelmän alkuperäiseen tilaansa.
He havaitsivat, että 5 prosenttia ajasta simulaatiota ei voitu suorittaa. Tarvittiin vain häiriöitä Planckin pituuden kokoiseen järjestelmään, kun 0,000000000000000000000000000000000000000016 metriä oli lyhyin mahdollinen pituus.
“Kolmen mustan aukon liike voi olla niin kaoottista, että liikkeeseen vaikuttaa jokin muu kuin Planckin pituus”, Beckholt sanoi. 'Planckin pituisilla esisäätöillä on eksponentiaalinen vaikutus ja ne hajottavat ajan symmetrian.'
Viisi prosenttia ei ehkä ole niin paljon, mutta koska et voi koskaan ennustaa, mikä simulaatioistasi kuuluu viiteen prosenttiin, tutkijat päättelivät, että n-kehon järjestelmät ovat “pohjimmiltaan arvaamattomia”.
“Kyvyttömyys kääntää aikaa taaksepäin ei ole enää tilastollinen argumentti”, sanoi Portegis Zwart. 'Tämä on jo piilotettu luonnon peruslakeihin. Mikään kolmesta liikkuvasta esineestä, suurista tai pienistä, planeetoista tai mustista aukoista, ei voi paeta ajan suunnasta. '
Tutkimus julkaistiin Royal Astronomical Society's Monthly Notices -lehdessä.
