Большинству законов физики не важно, в каком направлении движется время. Вперед, назад… в любом случае, законы работают точно так же. Ньютоновская физика, общая теория относительности — время не имеет отношения к математике: это называется симметрией обращения времени.

В реальной Вселенной все становится немного сложнене. И теперь команда ученых во главе с астрономом Тьярдом Бекхолт из Университета Авейру в Португалии доказала, что требуется всего три гравитационно взаимодействующих тела, чтобы нарушить симметрию обращения времени.

«До сих пор количественная связь между хаосом в динамических системах звезд и уровнем необратимости оставалась неопределенной», — написали они в своей статье.

«В этой работе мы изучаем хаотические системы трех тел в свободном падении, первоначально используя точный и точный код n-тела, который выходит за рамки стандартной арифметики двойной точности. Мы демонстрируем, что доля необратимых решений уменьшается как степенной закон с числовой точностью».

Проблема n-тела — известная проблема в астрофизике. Она возникает, когда вы добавляете больше тел к гравитационно взаимодействующей системе.

Движения двух тел сравнимого размера на орбите вокруг центральной точки относительно просты для математического моделирования, согласно законам движения Ньютона и закону всемирного тяготения Ньютона.

Однако, как только вы добавляете еще одно тело, все становится сложнее. Тела начинают гравитационно возмущать орбиты друг друга, внося элемент хаоса во взаимодействие. Это означает, что, хотя решения существуют для особых случаев, не существует ни одной формулы — в рамках ньютоновской физики или общей теории относительности, — которая описывала бы эти взаимодействия с точностью.

Хаос во Вселенной — это особенность, а не ошибка.

При проведении симуляции n-тел физики иногда получают необратимость времени в своих результатах — другими словами, выполнение симуляций в обратном направлении не возвращает их к исходной исходной точке.

Является ли это результатом хаоса этих систем или проблем с симуляциями, приводящих к неопределенности относительно их надежности, до сих пор неизвестно.

Итак, Бекхолт и его коллеги разработали тест, чтобы понять это.

«Поскольку уравнения движения Ньютона обратимы во времени, прямое интегрирование с последующим обратным интегрированием того же времени должно восстановить первоначальную реализацию системы (хотя и с разницей в знаках скоростей)», — написали они в своей статье.

«Таким образом, результат теста обратимости точно известен».

Три тела в системе являются черными дырами, и они были протестированы в двух сценариях. В первом случае черные дыры начинали двигаясь навстречу друг другу по сложным орбитам, прежде чем одна из черных дыр вышла из системы.

Второй сценарий начинается там, где заканчивается первый, и запускается в обратном направлении во времени, пытаясь восстановить систему до ее исходного состояния.

Они обнаружили, что в 5 процентах случаев симуляция не может быть проведена. Все, что для этого потребовалось, — это помеха для системы размером с планковскую длину, на уровне 0,000000000000000000000000000000000016 метров является наименьшей возможной длиной.

«Движение трех черных дыр может быть настолько хаотичным, что на движение будет влиять нечто меньшее, чем длина Планка», — сказал Бекхолт. «Возмущения размером с длину Планка оказывают экспоненциальное влияние и нарушают симметрию времени».

Пять процентов может не так уж много, но, поскольку вы никогда не сможете предсказать, какая из ваших симуляций попадет в эти пять процентов, исследователи пришли к выводу, что системы n-тел являются «принципиально непредсказуемыми».

 «Невозможность повернуть время вспять — это уже не статистический аргумент», — сказал Портегис Зварт. «Это уже скрыто в основных законах природы. Ни одна система из трех движущихся объектов, больших или малых, планет или черных дыр, не может избежать направления времени».