Většina fyzikálních zákonů nezajímá, kterým směrem se čas pohybuje. Dopředu, dozadu … každopádně zákony fungují stejně. Newtonovská fyzika, obecná relativita – čas nemá nic společného s matematikou: tomu se říká symetrie obrácení času.
Ve skutečném vesmíru se věci trochu komplikují. A nyní tým vědců vedený astronomem Tjardem Beckholtem z University of Aveiro v Portugalsku prokázal, že k rozbití symetrie časového obratu stačí jen tři gravitačně interagující tělesa.
„Doposud zůstával kvantitativní vztah mezi chaosem v dynamických systémech hvězd a úrovní nevratnosti nejistý,“ napsali ve svém článku.
„V tomto článku studujeme chaotické systémy se třemi těly ve volném pádu, zpočátku s použitím přesného a přesného kódu n-těla, který přesahuje standardní aritmetiku s dvojitou přesností. Ukazujeme, že zlomek nevratných řešení klesá s číselným zákonem moci. “
Problém n-těla je známý problém v astrofyzice. Dochází k němu, když přidáte další těla do gravitačně interagujícího systému.
Pohyby dvou těles srovnatelné velikosti na oběžné dráze kolem centrálního bodu jsou pro matematické modelování relativně jednoduché, podle Newtonových pohybových zákonů a Newtonova zákona univerzální gravitace.
Jakmile však přidáte další tělo, věci se komplikují. Těla začínají gravitačně narušovat oběžné dráhy toho druhého a zavádějí do interakce prvek chaosu. To znamená, že i když existují řešení pro speciální případy, neexistuje žádný vzorec – v newtonovské fyzice nebo obecné relativitě – který by tyto interakce přesně popsal.
Chaos ve vesmíru je vlastnost, nikoli chyba.
Při provádění simulací n-těl fyzici někdy získají časovou nevratnost svých výsledků – jinými slovy, spuštění simulací v opačném směru je nevrátí do původního výchozího bodu.
Zda je to důsledek chaosu těchto systémů nebo simulačních problémů, které vedou k nejistotě ohledně jejich spolehlivosti, není dosud známo.
Beckholt a jeho kolegové tedy vyvinuli test, který by to vyřešil.
„Jelikož Newtonovy pohybové rovnice jsou časově reverzibilní, přímá integrace a následně reverzní integrace by měly obnovit původní implementaci systému (i když s rozdílem ve známkách rychlostí),“ napsali ve svém příspěvku.
“Takže výsledek testu reverzibility je jistě znám.”
Tři těla v systému jsou černé díry a byla testována ve dvou scénářích. V prvním případě se černé díry začaly pohybovat k sobě na složitých drahách, než jedna z černých děr opustila systém.
Druhý scénář začíná tam, kde první končí a běží zpět v čase a snaží se obnovit systém do původního stavu.
Zjistili, že 5 procent času nelze simulaci provést. Stačilo zásah do systému o velikosti Planckovy délky, přičemž nejkratší možná délka byla 0,0000000000000000000000000000000016 metrů.
„Pohyb tří černých děr může být tak chaotický, že tento pohyb bude ovlivněn něčím menším, než je délka Plancka,“ řekl Beckholt. “Poruchy velikosti Planckovy délky mají exponenciální účinek a narušují symetrii času.”
Pět procent nemusí být tolik, ale protože nikdy nemůžete předpovědět, která z vašich simulací spadne do těchto pěti procent, vědci dospěli k závěru, že systémy n-těl jsou „zásadně nepředvídatelné“.
„Neschopnost vrátit čas již není statistickým argumentem,“ řekl Portegis Zwart. „To je již skryto v základních přírodních zákonech. Žádný systém tří pohyblivých objektů, velkých ani malých, planet nebo černých děr, nemůže uniknout směru času. “
Studie byla publikována v měsíčních oznámeních Královské astronomické společnosti.
