Alla maggior parte delle leggi della fisica non interessa in quale direzione si muove il tempo. Avanti, indietro … comunque, le leggi funzionano allo stesso modo. Fisica newtoniana, relatività generale: il tempo non ha nulla a che fare con la matematica: questa è chiamata simmetria di inversione temporale.
Nell'universo reale, le cose si complicano un po '. E ora un team di scienziati guidato dall'astronomo Tjard Beckholt dell'Università di Aveiro in Portogallo ha dimostrato che bastano solo tre corpi che interagiscono gravitazionalmente per rompere la simmetria dell'inversione temporale.
“Fino ad ora, la relazione quantitativa tra il caos nei sistemi dinamici di stelle e il livello di irreversibilità è rimasta incerta”, hanno scritto nel loro articolo.
“In questo documento, studiamo i sistemi caotici a tre corpi in caduta libera, utilizzando inizialmente un codice n-corpi accurato e preciso che va oltre l'aritmetica di doppia precisione standard. Dimostriamo che la frazione di soluzioni irreversibili diminuisce come legge di potenza numerica. ”
Il problema degli n-corpi è un problema noto in astrofisica. Si verifica quando aggiungi più corpi a un sistema che interagisce gravitazionalmente.
I movimenti di due corpi di dimensioni comparabili in orbita attorno a un punto centrale sono relativamente semplici per la modellazione matematica, secondo le leggi del moto di Newton e la legge di gravitazione universale di Newton.
Tuttavia, non appena aggiungi un altro corpo, le cose si complicano. I corpi iniziano a disturbare gravitazionalmente le orbite degli altri, introducendo un elemento di caos nell'interazione. Ciò significa che sebbene esistano soluzioni per casi speciali, non esiste alcuna formula – all'interno della fisica newtoniana o della relatività generale – che descriva queste interazioni con precisione.
Il caos nell'universo è una caratteristica, non un errore.
Quando si eseguono simulazioni di n-corpi, i fisici a volte ottengono risultati irreversibili nel tempo nei loro risultati, in altre parole, l'esecuzione di simulazioni nella direzione opposta non li riporta al punto di partenza originale.
Non è ancora noto se questo sia il risultato del caos di questi sistemi o di problemi di simulazione che portano a incertezza sulla loro affidabilità.
Quindi Beckholt ei suoi colleghi hanno sviluppato un test per capirlo.
“Poiché le equazioni del moto di Newton sono reversibili nel tempo, l'integrazione diretta seguita dall'integrazione inversa allo stesso tempo dovrebbe ripristinare l'implementazione originale del sistema (sebbene con una differenza nei segni delle velocità)”, hanno scritto nel loro articolo.
“Quindi il risultato del test di reversibilità è noto per certo.”
I tre corpi nel sistema sono buchi neri e sono stati testati in due scenari. Nel primo caso, i buchi neri hanno iniziato a muoversi l'uno verso l'altro in orbite complesse prima che uno dei buchi neri lasciasse il sistema.
Il secondo scenario inizia dove finisce il primo e scorre indietro nel tempo, cercando di ripristinare il sistema allo stato originale.
Hanno scoperto che il 5% delle volte non è stato possibile eseguire la simulazione. È bastata un'interferenza al sistema delle dimensioni di una lunghezza di Planck, a 0,000000000000000000000000000000000016 metri essendo la lunghezza più corta possibile.
“Il movimento di tre buchi neri può essere così caotico che il movimento sarà influenzato da qualcosa di meno della lunghezza del Planck”, ha detto Beckholt. “Le perturbazioni delle dimensioni della lunghezza di Planck hanno un effetto esponenziale e rompono la simmetria del tempo.”
Il cinque percento potrebbe non essere così tanto, ma poiché non puoi mai prevedere quale delle tue simulazioni cadrà nel cinque percento, i ricercatori hanno concluso che i sistemi n-corpi sono “fondamentalmente imprevedibili”.
“L'incapacità di tornare indietro nel tempo non è più un argomento statistico”, ha affermato Portegis Zwart. 'Questo è già nascosto nelle leggi fondamentali della natura. Nessun sistema di tre oggetti in movimento, grandi o piccoli, pianeti o buchi neri, può sfuggire alla direzione del tempo ”.
Lo studio è stato pubblicato negli avvisi mensili della Royal Astronomical Society.
