Sebilangan besar undang-undang fizik tidak peduli arah mana yang bergerak waktu. Ke depan, ke belakang … bagaimanapun, undang-undang berfungsi dengan cara yang sama. Fizik Newton, relativiti umum – masa tidak ada kaitan dengan matematik: ini disebut simetri pembalikan masa.
Di alam semesta, perkara menjadi sedikit rumit. Dan sekarang pasukan saintis yang diketuai oleh ahli astronomi Tjard Beckholt dari University of Aveiro di Portugal telah membuktikan bahawa hanya memerlukan tiga badan berinteraksi secara graviti untuk memecahkan simetri pembalikan masa.
“Hingga kini, hubungan kuantitatif antara kekacauan dalam sistem bintang dinamik dan tahap tidak dapat dipulihkan tetap tidak dapat dipastikan,” tulis mereka dalam artikel mereka.
'Dalam makalah ini, kami mengkaji sistem kekacauan tiga badan pada musim gugur bebas, pada mulanya menggunakan kod n-badan yang tepat dan tepat yang melampaui aritmetik ketepatan berganda standard. Kami menunjukkan bahawa pecahan penyelesaian yang tidak dapat dipulihkan menurun sebagai hukum kuasa berangka. '
Masalah n-badan adalah masalah yang diketahui dalam astrofizik. Ia berlaku apabila anda menambahkan lebih banyak badan ke sistem interaksi secara graviti.
Pergerakan dua badan dengan ukuran yang sebanding di orbit di sekitar titik pusat agak mudah untuk pemodelan matematik, menurut undang-undang gerakan Newton dan hukum graviti universal Newton.
Namun, sebaik sahaja anda menambah badan yang lain, keadaan menjadi lebih rumit. Tubuh mula mengganggu orbit satu sama lain secara graviti, memperkenalkan unsur kekacauan dalam interaksi. Ini bererti bahawa walaupun ada penyelesaian untuk kes-kes khas, tidak ada formula – dalam fizik Newton atau relativiti umum – yang menggambarkan interaksi ini dengan tepat.
Kekacauan di alam semesta adalah ciri, bukan kesalahan.
Semasa melakukan simulasi n-body, ahli fizik kadang-kadang mendapat masa yang tidak dapat dipulihkan dalam hasilnya – dengan kata lain, menjalankan simulasi ke arah yang bertentangan tidak mengembalikannya ke titik awal semula.
Adakah ini akibat kekacauan sistem ini atau masalah simulasi sehingga menyebabkan ketidakpastian mengenai kebolehpercayaannya masih belum diketahui.
Oleh itu, Beckholt dan rakan-rakannya membuat ujian untuk mengetahui perkara ini.
“Oleh kerana persamaan gerakan Newton dapat diterbalikkan pada waktunya, integrasi langsung diikuti oleh integrasi terbalik pada masa yang sama harus mengembalikan pelaksanaan sistem yang asal (walaupun dengan perbezaan tanda-tanda halaju),” tulis mereka dalam makalah mereka.
“Oleh itu, keputusan ujian kebolehbalikan diketahui pasti.”
Ketiga-tiga badan dalam sistem adalah lubang hitam dan mereka diuji dalam dua senario. Dalam kes pertama, lubang hitam mula bergerak ke arah satu sama lain di orbit kompleks sebelum salah satu lubang hitam meninggalkan sistem.
Senario kedua bermula di mana yang pertama berakhir dan berjalan mundur dalam masa, cuba mengembalikan sistem ke keadaan asalnya.
Mereka mendapati bahawa 5 peratus masa, simulasi tidak dapat dijalankan. Yang diperlukan hanyalah gangguan pada sistem dengan ukuran panjang Planck, dengan panjang terpendek 0,000000000000000000000000000000000016 meter.
“Pergerakan tiga lubang hitam dapat menjadi sangat kacau sehingga pergerakannya akan dipengaruhi oleh sesuatu yang kurang dari panjang Planck,” kata Beckholt. 'Gangguan ukuran panjang Planck mempunyai kesan eksponensial dan memecah simetri masa.'
Lima peratus mungkin tidak banyak, tetapi kerana anda tidak pernah dapat meramalkan simulasi mana yang akan jatuh ke dalam lima peratus, para penyelidik menyimpulkan bahawa sistem n-body 'pada asasnya tidak dapat diramalkan'.
“Ketidakmampuan untuk membalikkan masa bukan lagi hujah statistik,” kata Portegis Zwart. “Ini sudah tersembunyi dalam undang-undang asas alam. Tidak ada sistem tiga objek bergerak, besar atau kecil, planet atau lubang hitam, yang dapat melarikan diri dari arah waktu. '
Kajian ini diterbitkan dalam Notis Bulanan Royal Astronomical Society.
