Jeśli trzy – lub więcej – obiekty poruszają się wokół siebie, ich historii nie można odwrócić. Taki jest w każdym razie wniosek międzynarodowego zespołu naukowego, oparty na symulacjach komputerowych trzech czarnych dziur krążących wokół siebie.
Większość podstawowych praw fizyki nie ma problemu z tak zwaną strzałką czasu – kierunkiem biegu czasu, związanym z ich obowiązywaniem. Są one, jak to nazywają naukowcy, symetryczne względem (upływu) czasu. W praktyce jednak wszyscy wiedzą, że czasu nie można łatwo tak po prostu cofnąć. Na przykład kubek, który rozpada się na sto kawałków, w rzeczywistości nie wlatuje równie łatwo i spontanicznie w nasze dłonie i nie zostaje w nich potem, nagle znów nieuszkodzony.
Do tej pory naukowcy tłumaczyli brak symetrii czasu w pewnych procesach przez statystyczne oddziaływania między dużą liczbą cząstek. Trzej astronomowie pokazują teraz, że mimo wszystko prawdopodobnie tylko trzy krążące wokół siebie ciała wystarczą, aby przełamać symetrię czasu.
Tjarda Boekholt (University of Coimbra, Portugalia), Simon Portegies Zwart (Uniwersytet w holenderskim Leide) i Mauri Valtonen (University of Turku, Finlandia) obliczyli parametry orbit trzech czarnych dziur, które wzajemnie wpływają na siebie. Odbywało się to w dwóch symulacjach. W pierwszej symulacji czarne dziury zaczynają swój ruch, startując od pozycji spoczynkowej. Następnie zbliżają się do siebie i mijają się na skomplikowanych orbitach. W końcu jedna czarna dziura opuszcza towarzystwo dwóch pozostałych.
Druga symulacja rozpoczyna się i narasta w czasie wstecz – od sytuacji końcowej dla symulacji pierwszej, czyli od dwóch czarnych dziur i uciekającej trzeciej czarnej dziury – a w jej ramach próbuje się cofnąć czas aż do otrzymania wyjściowej, początkowej sytuacji z symulacji 1.
Co się okazuje? Naukowcy dostali wynik mówiący im na przykład, że czasu nie można odwrócić w 5% związanych z tą drugą symulacją obliczeń. Nawet jeśli komputer w swych obliczeniach wykorzystuje ponad sto miejsc po przecinku. Te brakujące 5% nie powinno być zatem kwestią lepszych komputerów lub inteligentniejszych metod obliczeniowych, jak wcześniej sądzono.
Co więcej, naukowcy próbują wyjaśniać nieodwracalność strzałki czasu, używając koncepcji skończonej długości Plancka. Jest to zasada znana już od dawna w fizyce, mająca zastosowanie do zjawisk odbywających się na poziomie atomowym i subatomowym. Główny autor badań uważa, że wzajemny ruch trzech czarnych dziur może być tak bardzo chaotyczny, że ma na niego wpływ nawet coś tak małego, jak długość Plancka. Zakłócenia, związane z długością Plancka, dają tu efekt wzrastający szybko (wykładniczo), przez co łatwo przerywają symetrię czasu.
Zatem niemożność cofnięcia czasu nie jest już tylko argumentem statystycznym. Jest ona z natury zapisana w podstawowych prawach przyrody. Okazuje się, że żaden układ trzech ruchomych obiektów, dużych lub małych, planet lub czarnych dziur, nie może w pełni uciec od wyróżnionego kierunku czasu – dodaje Portegies Zwart.
Zespół pod kierownictwem holenderskiego astronoma Tjarda Boekholta opublikował swoje odkrycia w kwietniowym numerze czasopisma „The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna praca naukowa: Gargantuan chaotic gravitational three-body systems and their irreversibility to the Planck length, T.C.N. Boekholt, S.F. Portegies Black, M. Valtonen, 2020, „Royal Astronomical Society”, 493, 3, VI 2020
- Film - dwie komputerowe symulacje układu wzajemnie wpływających na siebie trzech czarnych dziur. Źródło: Boekholt et al., MNRAS 2020
Źródło: Astronomie.nl
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na ilustracji: dwie komputerowe symulacje układu wzajemnie wpływających na siebie trzech czarnych dziur. Czerwona linia odpowiada symulacji, w której komputer potrafi przenieść się wstecz w czasie. Biała linia – symulacji, gdzie komputer idzie w czasie do przodu. Po 35 milionach lat (po lewej) wciąż nie ma odchyleń. Czerwona linia pokrywa się z białą. Ale po 37 milionach lat (pośrodku) orbity ciał lekko zmieniają się i widać już białą linię. Symetria czasowa jest złamana, ponieważ zakłócenia o wielkości rzędu długości Plancka wywierają na te orbity efekt eksponencjalny. Ostatecznie po 40 milionach lat (po prawej) zmiana i odchylenie od symetrii stają się już wyraźnie widoczne.
Źródło: Astronomie.nl/Tjarda Boekholt
