Üç Kara Delikli Simülasyonlar Zaman Simetrisine Uymadı

Fizik yasalarının çoğu teorik çalışmalarda zamanın ileri veya geri doğru hareket ettirilmesini önemsemez. Zaman ileri doğru da hareket ettirilse, geri doğru da hareket ettirilse fizik yasaları aynı şekilde çalışır. Buna zaman simetrisi denir. Ancak gerçek evrene geldiğimizde ise işler daha farklı oluyor. 

Portekiz’de bulunan Aveiro Üniversitesi’nden Tjarda Boekholt’un liderlik ettiği bir bilim insanları ekibi, birbirlerinin çekim etkisi ile hareket eden üç cismin zamanın simetrisini çok kısa bir an da olsa bozduklarını gözlemlediler. 

Çalışmanın anlatıldığı makalede, “Şimdiye kadar yıldız dinamikleri sistemlerindeki kaos ile zamanın geri döndürülememesi arasındaki niceliksel ilişki belirsiz kaldı. Bu çalışmada, standart çift kesinlik aritmetiğinin ötesine geçen doğru ve hassas n-cisim kodu Brutus’u kullanarak kaotik üç gövdeli sistemleri serbest düşüşte inceliyoruz” denildi. 

N-cisim problemi, astrofiziğin ünlü sorunlarından biridir. N-cisim problemi, kütle çekim etkisi ile etkileşim halinde olan bir sisteme daha fazla cisim eklendiğinde ortaya çıkar. N-cisim problemini açıklamak için basit bir Newton fiziği örneğine bakabiliriz. 

Newton’un hareket yasalarına ve Newton kütle çekim yasasına göre, merkezi bir nokta etrafındaki yörüngede hareket eden iki cismin hareketleri matematiksel olarak tahmin edilebilir. Ancak başka bir cisim daha sisteme eklendiğinde işler zorlaşır. Cisimler birbirlerinin yörüngelerini kütle çekimlerinin etkisi ile bozmaya başlarlar ve sisteme bir kaos unsuru eklemiş olurlar. Newton fiziği veya genel görelilik kuramı ile bu etkileşim tek bir formül altında tam bir doğrulukla açıklanamıyor. 

Birçok özelliğini çok iyi anladığımız Güneş Sistemi’nin bile sadece birkaç milyon yıllık hareketini tahmin edebiliyoruz. Daha fazlasının tahmin edilmesine kaos izin vermiyor. Bu nedenle bilim insanları, evrendeki kaosun bir hata değil bir özellik olduğunu düşünüyorlar. 

Bilim insanları, n-cisim simülasyonları oluşturduklarında simülasyonu geriye doğru da çalıştırabilirler. Ancak geriye doğru çalıştırılan simülasyon asla orijinal başlangıç noktasına geri dönmez. Simülasyonun orijinal başlangıç noktasına geri dönmemesindeki belirsizlik, simülasyonda olan bir sorundan mı yoksa kaostan mı kaynaklanıyor bu zamana kadar bilinemedi.

Aveiro Üniversitesi’nden Tjarda Boekholt ve ekibi, bu belirsizliği ortadan kaldırmak için yeni bir test hazırladılar. Boekholt ve Leiden Üniversitesi’nden Simon Portegies Zwart, bu tür işlemlerdeki sayısal hesaplama hatalarını engellemek için Brutus adını verdikleri bir n-cisim simülasyon kodu yazmışlardı. Bilim insanları Brutus’u, üç cismin bulunduğu bir sistemin zaman simetrisini test etmek için kullandılar. 

Bilim insanlarının test ettiği simülasyondaki üç cisim, kara deliklerdir. Bu kara delikler, iki ayrı simülasyon senaryosunda test edildi. İlk senaryoda üç kara delikten biri sistemden dışarı atılmadan önce tüm karadelikler birbirlerinin karmaşık yörüngelerinde hareket ettiler. İkinci senaryoda ise, ilk senaryonun bitiş noktasından hareket edilerek simülasyon geriye doğru çalıştırıldı. 

İki test de yapıldığında bilim insanları, denemelerin yüzde 5’inde simülasyonun geri alınamadığını buldular. Araştırmacılar, bunun Plack sabiti kadar küçük bir değerdeki farklılık nedeniyle ortaya çıktığını belirlediler. 

Tjarda Boekholt, “Üç kara deliğin hareketi, Planck sabiti kadar küçük bir şeyin dahi hareketleri etkileyecek kadar kaotik bir sonuca neden olabileceğini gösterdi. Planck sabitinin büyüklüğünün üstel bir etkisi var ve zaman simetrisini kırıyor” dedi.

Yüzde 5 çok büyük bir oran gibi görünmeyebilir. Ancak simülasyonların hangisinin yüzde beşin içinde olacağı bilinemeyeceği için araştırmacılar n-cisim simülasyonlarının temelde öngörülemez olduğu sonucuna vardılar. 

Çalışma n-cisim simülasyonlarının geriye doğru çalıştırıldığında orijinal başlangıç noktasına dönmemesi sorunun simülasyonlarda olan bir sorundan kaynaklanmadığını bu şekilde kesinleştirmiş oldular. 

Araştırmacılardan Simon Portegies Zwart, “Zamanı geri çevirememek artık sadece matematiksel bir argüman değil, doğanın temel yasalarında gizli olan bir şey. Gezegenler veya kara deliklerden oluşan üç cisimli sistemler asla zamanın ilerlemesinden kaçamazlar” dedi. 

Kaynak: Webtekno