Это один из самых глубоких вопросов современной физики: почему подавляющее большинство физических явлений необратимо со временем, когда физические законы демонстрируют дерзкую обратимость? Симуляция наконец отвечает на этот вопрос.
Исследователи этого моделирования взяли в качестве объекта исследования знаменитую проблему «трех тел», которая, как мы знаем, является одним из простейших случаев «хаотической детерминированной системы»: три черные дыры Оборачиваясь. Но изучение этого случая привело их к воспроизведению одного из самых неизвестных и неуловимых явлений: физической необратимости.
Начнем со случая хаотических систем. Система такого типа, которая встречается повсюду в физике, обладает замечательным свойством: математические уравнения движения этих тел идеально определены и понятны, но мы не можем предсказать конфигурацию системы в долгосрочной перспективе.
Чтобы проиллюстрировать этот кажущийся парадокс, давайте сначала рассмотрим очень простой случай равномерного прямолинейного перемещения (с постоянной скоростью) мобильного устройства: его математическое уравнение точно определено в том смысле, что если мы знаем скорость и положение Мобильный в момент времени T0, то мы можем предсказать его положение в любое время в будущем, используя уравнение: Положение (при T) \u003d Положение (при T0) + Скорость x T.
В случае задачи трех тел уравнения движения, выведенные из классической теории гравитации (Ньютон, 1687), также идеально определены, так что в теории мы можем предсказать эволюцию системы за бесконечное время До тех пор, пока мы знаем его начальное состояние (скорости и позиции).
Хаос в Солнечной системе
Но математические свойства этих уравнений означают, что крошечная ошибка в оценке начального положения (или скорости) системы будет экспоненциально увеличиваться со временем до такой степени, что через некоторое время вычисленное положение и Реальная позиция больше не будет иметь ничего общего: система будет расходиться (по сравнению с расчетом).
Например, для Солнечной системы, которая является примером хаотической системы, подсчитано, что расхождение между расчетами и реальностью делает невозможным прогнозирование положения планет на горизонте не более 60 миллионов лет, что также делает невозможным узнать, где планеты (включая Землю) находились во время вымирания динозавров 65 миллионов лет назад ...
Имитировать необратимость
Таким образом, казалось бы, что хаотический характер этих совершенно математически хорошо определенных систем проистекает из материальной невозможности наблюдателя (нас) точно определить начальное значение параметров положения и скорости. Таким образом, предполагаемый хаос был бы только эффектом, связанным со слабостью нашего восприятия ... Но это ничто.
Действительно, исследователи показали, доводя симуляцию до предела, что даже при измерении именно этих начальных параметров система расходится. Более того, они показали, что, запустив симуляцию в обратном направлении, невозможно вернуть систему в исходное положение.
Если мы признаем, что моделирование не вводит какой-либо странный вычислительный эффект или смещение рассуждений (что должно быть подтверждено), мы должны затем признать, что исследователи воспроизвели феномен физической необратимости - тот самый, который что капля чернил в воде самопроизвольно не изменится, и что ничто не может действительно вернуться во времени.
Проблема расстояния
Секрет этого успеха заключается в вычислительной мощности симуляции, которая позволила им ввести значение параметров положения трех самых точных черных дыр, которые допускает физика: значение в пределах 10 ^ -35 (в метров), что соответствует «кванту» длины или «длине Планка» (1 616,10 ^ -35), единице, ниже которой нельзя больше делить пространство - согласно квантовой теории.
Таким образом, речь идет не о неточности измерений (со стороны наблюдателя), а о самой природе пространства, которая не позволяет идти дальше: поэтому физически считается, что положение в пределах 10 ^ -35 как точно.
И симуляция затем показала, что, позволяя вычислениям выполняться в течение определенного количества циклов (имитируя ход времени) и затем обращая вспять его прогресс, мы не отступаем к исходной позиции ...
Проблема в цифрах
Таким образом, исследователи использовали физические уравнения классической теории гравитации, которые не включают в себя никакой концепции временной необратимости, поскольку все они «симметричны относительно времени», чтобы привести к невозможности возврата назад.
Если учесть, что физические явления включают в себя системы с более чем двумя элементарными частицами и что проблема трех тел также находится вне гравитационной структуры, как только возникают взаимодействия (магнитные, электрические, ядерные, и т. д.), тогда имитация смогла поставить феномен необратимости.
Таким образом, это происходит из-за конечной природы чисел, характеризующих параметры физических явлений (здесь физическое отсутствие расстояний менее 10 -35 метров), даже если уравнения физических теорий математически совершенно обратимы.
Этот результат в точности совпадает с тезисом, защищенным исследователем Николаем Гизиным, специалистом по квантовой физике, в серии статей (на английском языке), в том числе и этой.
