ほとんどの物理法則は、時間がどちらの方向に進んでいるかを気にしません。 前方、後方…とにかく、法律は同じように機能します。 ニュートン物理学、一般的な相対性-時間は数学とは何の関係もありません。これは時間反転対称性と呼ばれます。
現実の宇宙では、物事は少し複雑になります。 そして今、ポルトガルのアヴェイロ大学の天文学者Tjard Beckholtが率いる科学者のチームは、時間反転の対称性を破るのに、重力的に相互作用する3つの物体しか必要としないことを証明しました。
「これまで、星の動的システムにおけるカオスと不可逆性のレベルとの間の定量的関係は不確かなままでした」と彼らは彼らの記事に書いています。
'この論文では、最初は標準の倍精度算術を超える正確で正確なn体コードを使用して、自由落下中の3体カオスシステムを研究します。 数値的なべき法則として、不可逆的な解の割合が減少することを示します。
n体の問題は天体物理学の既知の問題です。 これは、重力的に相互作用するシステムにボディを追加したときに発生します。
ニュートンの運動の法則とニュートンの普遍的な重力の法則によれば、中心点の周りの軌道における同等のサイズの2つの物体の動きは、数学的なモデリングでは比較的簡単です。
ただし、別のボディを追加するとすぐに、事態はさらに複雑になります。 身体は重力によって互いの軌道を乱し始め、相互作用に混沌の要素を導入します。 これは、特別な場合の解決策は存在しますが、ニュートンの物理学または一般的な相対性の範囲内で、これらの相互作用を正確に説明する公式がないことを意味します。
宇宙の混沌は特徴であり、間違いではありません。
n体シミュレーションを実行すると、物理学者は結果に時間の不可逆性を感じることがあります。つまり、シミュレーションを逆方向に実行しても、元の開始点に戻らない場合があります。
これがこれらのシステムの混乱の結果なのか、それとも信頼性についての不確実性をもたらすシミュレーションの問題の結果なのかはまだ不明です。
そこで、ベックホルトと彼の同僚は、これを理解するためのテストを開発しました。
「ニュートンの運動方程式は時間的に可逆的であるため、直接積分とそれに続く逆積分を同時に行うと、システムの元の実装が復元されます(速度の符号は異なりますが)」と彼らは論文に書いています。
「したがって、可逆性テストの結果は確実にわかっています。」
システム内の3つのボディはブラックホールであり、2つのシナリオでテストされました。 最初のケースでは、ブラックホールの1つがシステムを離れる前に、ブラックホールが複雑な軌道で互いに向かって移動し始めました。
2番目のシナリオは、最初のシナリオが終了して時間的に逆方向に実行され、システムを元の状態に復元しようとするところから始まります。
彼らは、5％の確率でシミュレーションを実行できないことを発見しました。 必要なのは、プランクの長さのサイズのシステムへの干渉だけでした。0.000000000000000000000000000000000016メートルが可能な限り短い長さでした。
「3つのブラックホールの動きは非常に混沌としているため、プランクの長さよりも短いものが動きに影響を与える可能性があります」とベックホルト氏は述べています。 「プランクの長さのサイズの摂動は指数関数的な効果をもたらし、時間の対称性を壊します。」
5％はそれほど多くないかもしれませんが、どのシミュレーションが5％に該当するかを予測することはできないため、研究者はn-bodyシステムは「基本的に予測不可能」であると結論付けました。
「時間を戻すことができないことは、もはや統計的な議論ではありません」とPortegisZwart氏は述べています。 「これはすでに自然の基本法則に隠されています。 大小、惑星、ブラックホールの3つの動く物体のシステムは、時間の方向から逃れることはできません。
この研究は、王立天文学会の月報に掲載されました。
