Bastano tre buchi neri per "rompere" lo spazio-tempo

Bastano tre buchi neri per 'rompere' lo spazio-tempo
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La maggior parte delle leggi fisiche sono indipendenti dalla direzione del tempo; avanti, indietro, tutto funziona allo stesso modo. Questa proprietà è chiamata reversibilità del tempo. Tuttavia le cose potrebbero non essere sempre così: un sistema di tre buchi neri che orbitano insieme potrebbe rompere questa simmetria.

Un team di scienziati, guidato da Tjarda Boekholt dell'Università di Aveiro in Portogallo, ha osservato che, in alcuni casi, un sistema gravitazionale di almeno tre corpi può rompere la simmetria temporale.

"Nel nostro lavoro abbiamo studiato un sistema caotico di tre corpi in caduta libera, utilizzando l'accurato codice Brutus per le simulazioni n-corpi, questo va oltre la normale precisione. Abbiamo dimostrato che la frazione di soluzioni irreversibili decresce come una legge di potenza con la precisione numerica," affermano gli autori nel loro articolo.

Il problema degli n-corpi è lo studio di un sistema gravitazionale composto da n oggetti. Quando abbiamo solo due masse, come nel caso della Terra in orbita intorno al Sole, la soluzione può essere trovata facilmente a partire dalla legge di gravitazione di Newton. Basta aggiungere un solo corpo per non riuscire a trovare una soluzione esatta, né in fisica newtoniana né grazie alla Relatività Generale.

Anche per il Sistema Solare, che conosciamo piuttosto bene, non possiamo andare oltre pochi milioni di anni con le nostre previsioni; una certa quantità di caos è naturale nell'Universo.

Quando si effettuano simulazioni per il problema degli n-corpi, a volte gli scienziati ottengono dei sistemi che non sono reversibili temporalmente, cioè invertendo la freccia del tempo non si ottiene lo stato di partenza. Finora non era chiaro se questo fosse dovuto alla scarsa precisione numerica o fosse una caratteristica di questi sistemi.

Boekholt e i suoi colleghi hanno utilizzato il codice Brutus per effettuare delle simulazioni di tre corpi, in questo caso tre buchi neri, con una precisione enorme risolvendo definitivamente il mistero. Un sistema realmente esistente in natura, a "soli" 300 milioni di anni luce da noi.

I tre oggetti sono stati inseriti in due scenari differenti: nel primo, i buchi neri partivano da fermi e, sotto l'effetto della forza di gravità, iniziano a muoversi in orbite complicate fino a che uno dei tre si separa definitivamente dagli altri; il secondo scenario partiva alla fine del primo e cercava di riportare la simulazione al punto di partenza, invertendo il tempo.

È stato osservato che nel 5% dei casi il sistema non riusciva a tornare al punto di partenza. L'unico disturbo presente era alla scala di Planck ( 0.000000000000000000000000000000000016 metri), la più piccola lunghezza possibile.

"Il moto dei tre corpi può essere così caotico che anche qualcosa piccolo come la lunghezza di Planck può influenzare il movimento," dice Boekholt. "Il disturbo alla scala di Planck ha un effetto esponenziale e distrugge la simmetria temporale."

Il 5% può non sembrare molto, ma visto che non si può sapere in anticipo quale simulazione cadrà in questa percentuale, gli scienziati hanno concluso che il problema degli n-corpi è impredicibile. Le simulazioni sono strumenti importantissimi, in grado di calcolare la dinamica di un Universo, e non sarà questo "piccolo" problema a impedirci di utilizzarle.

La reversibilità temporale è sempre sembrata la più solida tra le simmetrie fisiche, ora anche questa è caduta e chissà quali sorprese ci riveleranno le ricerche nei prossimi anni.

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