A maioria das leis da física não se importa com a direção em que o tempo está se movendo. Para a frente, para trás … de qualquer maneira, as leis funcionam da mesma maneira. Física newtoniana, relatividade geral – o tempo não tem nada a ver com matemática: isso se chama simetria de reversão do tempo.
No universo real, as coisas ficam um pouco complicadas. E agora uma equipa de cientistas liderada pelo astrónomo Tjard Beckholt, da Universidade de Aveiro, em Portugal, provou que bastam apenas três corpos interagindo gravitacionalmente para quebrar a simetria da inversão do tempo.
“Até agora, a relação quantitativa entre o caos em sistemas dinâmicos de estrelas e o nível de irreversibilidade permaneceu incerta”, eles escreveram em seu artigo.
'Neste artigo, estudamos sistemas caóticos de três corpos em queda livre, inicialmente usando um código de n-corpos preciso e preciso que vai além da aritmética de dupla precisão padrão. Demonstramos que a fração de soluções irreversíveis diminui como uma lei de potência numérica. '
O problema dos n-corpos é um problema conhecido na astrofísica. Ocorre quando você adiciona mais corpos a um sistema que interage gravitacionalmente.
Os movimentos de dois corpos de tamanho comparável em órbita em torno de um ponto central são relativamente simples para a modelagem matemática, de acordo com as leis do movimento de Newton e a lei da gravitação universal de Newton.
No entanto, assim que você adiciona outro corpo, as coisas ficam mais complicadas. Os corpos começam a perturbar gravitacionalmente as órbitas uns dos outros, introduzindo um elemento de caos na interação. Isso significa que, embora existam soluções para casos especiais, não existe uma fórmula – na física newtoniana ou na relatividade geral – que descreva essas interações com precisão.
O caos no universo é uma característica, não um erro.
Ao fazer simulações com n-corpos, os físicos às vezes obtêm irreversibilidade do tempo em seus resultados – em outras palavras, executar simulações na direção oposta não os retorna ao ponto de partida original.
Ainda não se sabe se isso é o resultado do caos desses sistemas ou de problemas de simulação que resultam em incertezas sobre sua confiabilidade.
Então, Beckholt e seus colegas desenvolveram um teste para descobrir isso.
“Uma vez que as equações de movimento de Newton são reversíveis no tempo, a integração direta seguida por integração reversa ao mesmo tempo deve restaurar a implementação original do sistema (embora com uma diferença nos sinais das velocidades),” eles escreveram em seu artigo.
'Portanto, o resultado do teste de reversibilidade é conhecido com certeza.'
Os três corpos do sistema são buracos negros e foram testados em dois cenários. No primeiro caso, os buracos negros começaram a se mover um em direção ao outro em órbitas complexas antes que um dos buracos negros saísse do sistema.
O segundo cenário começa onde o primeiro termina e retrocede no tempo, tentando restaurar o sistema ao seu estado original.
Eles descobriram que 5 por cento do tempo, a simulação não podia ser realizada. Bastou uma interferência no sistema do tamanho de um comprimento de Planck, sendo 0,000000000000000000000000000000000016 metros o menor comprimento possível.
“O movimento de três buracos negros pode ser tão caótico que será afetado por algo menor do que o comprimento do Planck”, disse Beckholt. 'Perturbações do tamanho do comprimento de Planck têm um efeito exponencial e quebram a simetria do tempo.'
Cinco por cento pode não ser muito, mas como você nunca pode prever qual de suas simulações se enquadrará nos cinco por cento, os pesquisadores concluíram que os sistemas de n-corpos são 'fundamentalmente imprevisíveis'.
“A incapacidade de voltar no tempo não é mais um argumento estatístico”, disse Portegis Zwart. “Isso já está oculto nas leis básicas da natureza. Nenhum sistema de três objetos móveis, grandes ou pequenos, planetas ou buracos negros, pode escapar da direção do tempo. '
O estudo foi publicado nos Avisos Mensais da Royal Astronomical Society.
