Stellen wir uns vor, Sie beobachten einen Planeten in seiner Umlaufbahn. Stellen wir uns weiter vor, Sie können die Zeit beschleunigen, um den Planeten in einer Art "Schnellvorlauf" zu beobachten. Theoretisch würden Sie nicht wissen können, vonBeobachten Sie die Bewegung des Planeten, unabhängig davon, ob die Zeit vorwärts oder rückwärts läuft. Dies liegt daran, dass die Physik unabhängig von der Richtung, in die sich die Zeit bewegt, denselben Gesetzen folgt. Diese Eigenschaft wird als Zeitsymmetrie bezeichnet. Zeitsymmetrie beschreibt, wie die Gesetze funktionierender Physik funktionieren auf die gleiche Weise, unabhängig davon, ob sich die Zeit vorwärts oder rückwärts bewegt.
In Wirklichkeit jedoch Zeitsymmetrie kann nicht gebrochen werden, um die Zeit zurückzudrehen. Beispielsweise kann sich ein zerbrochener Becher nicht plötzlich wieder zusammensetzen. Bisher haben Wissenschaftler dies erklärt, indem sie auf die große Anzahl der beteiligten Partikel hingewiesen haben. Der Becher enthält zwei viele Partikelin der Lage sein, in genau umgekehrter Reihenfolge zu interagieren.
In der Physik ergibt sich diese Unfähigkeit, die Zeit zurückzudrehen, aus der Untersuchung von n-Körper-Problemen. Diese beinhalten das Problem der Vorhersage die einzelnen Bewegungen einer Zahl n von Himmelsobjekte die miteinander interagieren gravitativ
Ein Beispiel hierfür ist in unserem Sonnensystem zu sehen. Wenn wir die Bewegung des Erdmondes in Bezug auf die Sonne abbilden wollten, müssten wir die relativen Positionen von Sonne, Mond und Sonne berücksichtigenDie Erde sowie die Gravitationskräfte, die sie aufeinander ausüben. Da wir drei Objekte berücksichtigen, würde dies als 3-Körper-Problem bezeichnet.
Es stellt sich heraus, dass bei mehr als zwei Körpern das Problem nicht präzise gelöst werden kann - die Bewegungen von mehr als zwei Körpern können nicht mit 100-prozentiger Genauigkeit vorhergesagt werden.
Wenn Wissenschaftler n-Körpersimulationen rückwärts ausführen, kehren sie nicht zu ihrem Ausgangspunkt zurück. Bis jetzt wussten sie nicht, ob diese Unfähigkeit auf Folgendes zurückzuführen ist. chaotische Natur dieser Systeme oder wenn die Simulationen selbst unzuverlässig waren.
Nun haben jedoch drei Astronomen möglicherweise gezeigt, dass es tatsächlich unmöglich ist, die Zeit zurückzudrehen, und dass nur drei Teilchen erforderlich sind, um die Zeitsymmetrie zu brechen. Ein Team unter der Leitung der Astronomin Tjarda Boekholt von der Universität Aveiro hat gezeigt Diese Zeitsymmetrie kann durch drei mit der Gravitation wechselwirkende Körper unterbrochen werden.
Die Astronomen konnten mithilfe von zwei Simulationen berechnen, wie sich die Umlaufbahnen von drei Schwarzen Löchern gegenseitig beeinflussen würden.
In jeder Simulation haben die Forscher die Anfangspositionen der Schwarzen Löcher verschoben, um zu sehen, wie sich dies auf ihre Bewegung im Laufe der Zeit auswirken würde.
Im ersten Simulation , die Schwarzen Löcher beginnen in einer Ruheposition und bewegen sich in komplexen Umlaufbahnen aufeinander zu und aneinander vorbei, bevor ein Schwarzes Loch schließlich die Gesellschaft der beiden anderen verlässt. Die zweite Simulation beginnt dort, wo das erste endet, und versucht, umzukehrendie Zeit bis zur Startposition.
Die Forscher stellten fest, dass die Simulation in 5% der Fälle nicht rückgängig gemacht werden konnte. Dazu war lediglich eine Störung des Systems von der Größe a erforderlich. Plancklänge . Dies ist die kleinstmögliche Längeneinheit mit den Maßen 1,6 x 10 ^ -35 m.
Boekholt erklärte die Ergebnisse durch Sprichwort , "Die Bewegung der drei Schwarzen Löcher kann so enorm chaotisch sein, dass etwas so Kleines wie die Planck-Länge ihre Bewegungen beeinflusst. Die Störungen der Größe der Planck-Länge wirken sich exponentiell aus und brechen die Zeitsymmetrie."
Dies ist ein wichtiger Durchbruch, da er zeigt, dass Simulationen nicht daran schuld sind, dass das n-Körper-Problem nicht gelöst oder die Zeit zurückgedreht werden kann. Es scheint, dass wir niemals vorhersagen können, welcher Teil der Simulationen in diese 5 fällt%, und die Schlussfolgerung ist, dass n-Körpersysteme "grundsätzlich unvorhersehbar" sind.
Mit anderen Worten, laut Co-Autor der Studie Portegies Zwart, "Die Zeit nicht zurückdrehen zu können, ist also nicht mehr nur ein statistisches Argument. Es ist bereits in den Grundgesetzen der Natur verborgen. Kein einziges System von drei sich bewegenden Objekten, groß oder klein, Planeten oder Schwarze Löcher kann der Richtung der Zeit entkommen. "
Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Die monatlichen Mitteilungen der Royal Astronomical Society .