4 juli 2020

Tijd terugdraaien bij natuurwetten blijkt niet altijd mogelijk

Twee computersimulaties van drie zwarte gaten die elkaar beïnvloeden. Links na 35 miljoen jaar. Midden na 37 miljoen jaar. Rechts na 40 miljoen jaar. (c) Astronomie.nl/Tjarda Boekholt

Als er drie of meer objecten om elkaar heen bewegen, is de geschiedenis al niet meer terug te draaien. Dat stelt een internationaal team van onderzoekers geleid door de Nederlandse sterrenkundige Tjarda Boekholt. De sterrenkundigen deden computersimulaties met drie om elkaar heen draaiende zwarte gaten. Ze publiceren hun bevindingen in het aprilnummer van het vakblad the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

De meeste basiswetten in de natuurkunde hebben geen probleem met de richting waarin ze verlopen. Ze zijn, zoals wetenschappers dat noemen, tijdsymmetrisch. Uit de praktijk weet echter iedereen dat de tijd niet zomaar is terug te draaien. Een kopje dat in honderd stukjes valt, vliegt echt niet spontaan weer heel je hand in. Tot nu toe verklaarden wetenschappers het ontbreken van tijdsymmetrie door de statistische interactie tussen grote aantallen deeltjes. Drie sterrenkundigen laten nu zien dat niet heel veel, maar slechts drie deeltjes al genoeg zijn om de tijdsymmetrie te doorbreken.

Tjarda Boekholt (Universiteit van Coimbra, Portugal), Simon Portegies Zwart (Universiteit Leiden) en Mauri Valtonen (Universiteit van Turku, Finland) rekenden de banen uit van drie zwarte gaten die elkaar beïnvloeden. Dat gaat in twee simulaties. In de eerste simulatie beginnen de zwarte gaten vanuit rust. Vervolgens bewegen ze naar elkaar toe en langs elkaar heen in de vorm van chaotische banen. Daarna verlaat één zwart gat het gezelschap. De tweede simulatie begint met de eindsituatie van twee zwarte gaten en het ontsnapte derde zwarte gat en probeert de tijd terug te draaien naar de beginsituatie.

Het blijkt dat in 5% van de berekeningen de tijd niet is terug te draaien. Ook niet als de computer meer dan honderd decimalen gebruikt. Die laatste 5% zijn dus geen kwestie van betere computers of slimmere rekenmethodes, zoals tot nu toe werd gedacht.

Twee computersimulaties van drie zwarte gaten die elkaar beïnvloeden. De rode lijn is de simulatie waarbij de computer terug in de tijd gaat. De witte lijn is de simulatie waarbij de computer vooruit in de tijd gaat. Na 35 miljoen jaar (links) is er nog geen afwijking. De rode lijn bedekt de witte lijn compleet. Na 37 miljoen jaar (midden) wijken de banen iets af en wordt de witte lijn zichtbaar. De tijdsymmetrie wordt doorbroken doordat verstoringen ter grootte van de Plancklengte exponentieel doorwerken. Na 40 miljoen jaar (rechts) is de afwijking overduidelijk. (c) Astronomie.nl/Tjarda Boekholt

De onderzoekers verklaren de onomkeerbaarheid met behulp van het begrip Plancklengte. Dat is een in de natuurkunde bekend principe dat geldt voor verschijnselen op atoomniveau en kleiner. Hoofdonderzoeker Boekholt: “De beweging van de drie zwarte gaten kan zo gigantisch chaotisch zijn, dat zoiets kleins als de Plancklengte een rol gaat spelen. De tijdsymmetrie wordt doorbroken doordat verstoringen ter grootte van de Plancklengte exponentieel doorwerken.”

Medeauteur Portegies Zwart voegt toe: “Het niet kunnen terugdraaien van de tijd is dus niet alleen meer een statistisch argument. Het zit al verborgen in de basiswetten van de natuur. Geen enkel systeem van drie bewegende objecten, groot of klein, planeten of zwarte gaten, kan ontsnappen aan de richting van de tijd.” Bron: Astronomie.nl.

Comments

  1. Ook die 5 % is aanvechtbaar, tijd is onomkeerbaar totdat er sneller dan het licht gereisd kan worden. Events omdraaien of terug herleiden naar een oorspronkelijke uitgangspositie is toch wat anders lijkt me. Het probleem bij het analyseren van chaos is dat er teveel mogelijkheden ontstaan (b.v. oneindig minus 1) die we met de nu bestaande middelen niet kunnen verwerken, de vraag is of chaos eigenlijk wel bestaat… https://physics.stackexchange.com/questions/54427/is-that-true-that-real-quantum-chaos-doesnt-exist

    • Volgens mij is de strekking nou juist dat in 95% van de gevallen de tijd wèl omkeerbaar is, conform de symmetriewetten van de natuurkunde (https://nl.wikipedia.org/wiki/Symmetrie_(natuurkunde)), maar dat in 5% van de gevallen het niet omkeerbaar is. Dus ‘tijd is onomkeerbaar totdat er sneller dan het licht gereisd kan worden’ is in strijd met de symmetriewetten.

      • Wybren de Jong zegt

        Ik ben het met Arie eens. Waar het in dit artikel om gaat is de vraag of allerlei fysische processen ook in omgekeerde volgorde kunnen plaatsvinden. Je zou denken dat dat voor simpele systemen zoals drie zwarte gaten (of drie sterren, planeten, etc.) altijd kan, omdat de wet van de zwaartekracht tijdsymmetrisch is. Maar zelfs bij zo’n eenvoudig systeem blijkt er chaotisch verloop van bewegingen te zijn, zodat heel kleine afwijkingen op de schaal van de quantum-verschijnselen, tot astronomische verschillen in uitkomst leiden. Laat staan dat het bij ingewikkelder systemen van bijvoorbeeld duizenden sterren en gaswolken, nog in omgekeerde volgorde hetzelfde resultaat zou geven.

      • Ik haak af Arie, hoe meer ik opzoek, hoe minder ik ervan begrijp. Einstein vat tijd samen in 4 dimensies en ik ga maar tot 3 🙂 . https://nl.wikipedia.org/wiki/Tijd Niettemin kan je in veel formules parameters (zoals lichtsnelheid) negatief maken met de zelfde uitkomst. Dus ik geloof het wel, inclusief die vector die uiteindelijk weer tot de big crunch kan leiden als gevolg van de symmetriewetten 🙂

    • Naast wat Arie al aangeeft: quantum chaos, waarnaar je link verwijst, is niet hetzelfde als de chaos van een drielichamensysteem (=klassieke chaos). Die ‘ontbreekt’ in de QM maar niet in de macroscopische wereld. Quantum chaos probeert de oorsprong van klassieke chaos te verklaren door de QM te bestuderen.
      Maar, is het ontbreken van een quantumverklaring voor de zwaartekracht reden om zwaartekracht te betwijfelen? Nee natuurlijk. Evenmin is het logisch chaos te betwijfelen op zo’n grond.

      Over het omkeren van de tijd: het heeft niet iets met sneller dan licht reizen te maken. Dat is (hypothetisch) tijdreizen, iets anders dan het omkeren van de ‘arrow of time’. Het gaat er bij ‘arrow of time’ om dat het voor (de meeste) natuurkundige processen niet uitmaakt of ze voor- dan wel achteruit in de tijd zouden verlopen, maw, je kan aan zo’n proces niet zien in welke richting de tijd verloopt. Een fenomeen dat ook heel interessant is aangezien wij mensen vinden dat er wel een arrow of time is!

      • Marc Opdebeeck zegt

        Volgens mij heeft tijd geen richting.Het is samen met ruimte één van de essentiële condities van het universum namelijk de ruimte-tijd die eigenlijk, en dus ook ontstaan is, een gevolg is van een beweging(trilling,golf) die op zijn beurt een gevolg is van spanningen in het niets.
        Alleen processen( en dus bewegingen) hebben een richting die naar chaos(entropie) kan leiden of naar minder chaos.
        In het voorbeeld hierboven is het uiteindelijk resultaat gelopen in de richting van de toename van chaos nadat processen richting chaos en minder chaos tot een evenwicht zijn gekomen. Onafgezien van de bijna ontelbare interacties zal de natuur één weg volgen. Dus bij een 100% zelfde samenstelling van condities zal de natuur altijd dezelfde uitkomst geven. Tegen de richting van dit proces ingaan zou voor de natuur een onmogelijk proces zijn en blijft dus alleen mogelijk in computermodellen.

        • “Processen hebben een richting, tijd niet”. Woordkunstjes. Waar in de wetten van Newton staat die richting dan? Die staat er niet: die wetten werken ongeacht of je ze toepast op een beginsituatie om de eindtoestand te berekenen, of begint met de eindsituatie en terugrekent naar het begin. Dat is nou die time reversability.

          Processen kosten dus tijd. Ok duidelijk.

          Kun jij een gekookt eitje weer vanaf 100 graden naar rauw ei terugkoelen? Nee? Dan heeft tijd in elk geval op deze schaal wel een richting en daar draait het hier om: symmetrie in de onderliggende natuurkunde. Ik zal de wiki wel even quoten:

          “Physical processes at the microscopic level are believed to be either entirely or mostly time-symmetric: if the direction of time were to reverse, the theoretical statements that describe them would remain true. Yet at the macroscopic level it often appears that this is not the case: there is an obvious direction (or flow) of time.”

          Dit is niet louter een computermodeldingetje. Dit is een onopgelost probleem.
          https://en.wikipedia.org/wiki/Arrow_of_time

          • Marc Opdebeeck zegt

            Ik merk op in al die studies en theorieën over tijd dat bij elk proces of event met richting onmiddellijk ook een richting van tijd gekoppeld wordt. Elk proces krijgt een richting door vanuit een onevenwicht een evenwicht na te streven. Die richting kan gaan naar entropieverhoging ofwel naar entropieverlaging.Tijd staat los van de richting van het proces wel moet men rekening houden met de hoeveelheid van tijd die het proces in de ene of de andere richting doormaakt.
            Bij “tijd symmetrische” processen zou er dus een hoeveelheid tijd nodig zijn die gelijk ofwel verschillend is naargelang de gekozen richting.
            Stel nu dat het toch mogelijk zou zijn om het gekookt eitje weer af te koelen en terug een vers eitje te bekomen dan heeft elk proces zijn eigen hoeveelheid tijd om hun doelen te bereiken.
            Ik zie geen richting in die hoeveelheid van tijd. In de processen wel. Ook de ruimte waarin die processen plaatsvinden heeft geen richting.

  2. “Ik merk op in al die studies en theorieën over tijd dat bij elk proces of event met richting onmiddellijk ook een richting van tijd gekoppeld wordt.”

    De richting van tijd bestond in je vorige bericht nog niet: “Volgens mij heeft tijd geen richting.” En nu vind je ineens dat aan alle studies en theorieën een richting van tijd gekoppeld worden. Je verplaatst gewoon de stukken, maar in duivenschaak heb ik geen zin. Laat mij eerst maar zien waar in, zeg, de 3e wet van Newton precies de richting van de tijd duidelijk wordt.

    “Ook de ruimte waarin die processen plaatsvinden heeft geen richting.” Ruimte heeft zelfs 3 richtingen.

    • Ik ben lang geleden al gestopt met discussiëren met Marc, want hij weet er altijd weer een draai aan te geven zodat het weer helemaal anders wordt. En hij beweert het beter te weten dan Einstein en Newton (ik kan je z’n letterlijke quotes daarover wel geven hoor), dus ben er mee gestopt.

    • Marc Opdebeeck zegt

      Niet in de 3de wet van Newton maar wel in de thermodynamica entropie.

      De ruimte heeft drie richtingen binnen zichzelf maar niet in zijn geheel. De ruimte van het universum heeft geen richting maw.

      • Marc Opdebeeck zegt

        June, trouwens ik heb niet gezegd dat ik in die studies en theorieën een richting van tijd heb gevonden. Het de wetenschappers in die theorieën die de link leggen met de richting van tijd, ik niet. Ik zeg al vanaf het begin dat tijd geen richting heeft. Ik verander toch niet van standpunt.

        • Je zei letterlijk: “Ik merk op in al die studies en theorieën over tijd dat bij elk proces of event met richting onmiddellijk ook een richting van tijd gekoppeld wordt.”

          En nu ontken je dat jij dit opmerkte. Het waren anderen. Nee Marc, jij stelt dat aan al die zaken een richting van tijd zit, of je nu vindt dat anderen dit in de theorie hebben gestopt of niet. Maar je kunt niks onderbouwen.

          Ja, bij entropie, duh. Jij zei echter alle en niet een heel select groepje uitzonderingen, om precies te zijn de enige uitzondering voor zover me bekend is!

          “Ik verander toch niet van standpunt.”
          Duidelijk. En dan krijgen mensen die jou weerwoord geven het standaardverwijtje: “jullie hangen aan dogma’s en denken niet logisch.” Arie had dus weer gelijk.

          • Marc Opdebeeck zegt

            Zo kan je allies verkeerd begrijpen, maar laat maar want op die manier heeft het inderdaad geen zin.

        • Het probleem met deze blog is dat er wel een tijdsvector wordt bijgehouden die niet omkeerbaar is 🙂 ofwel, gedane uitspraken nemen geen keer. Gelukkig kunnen visies en theorieën wel aangepast worden op basis van goede argumenten totdat we de waarheid vinden. https://www.scientias.nl/einsteins-grootste-blunder-blijkt-te-kloppen/

  3. Dat de Plancklengte in de, ik zal maar zeggen, waarneembare werkelijkheid een rol speelt, geloof ik graag. Maar ik begrijp niet op welke manier in de berekeningen met (relativistische) mechanica een Plancklengte kan optreden. Of is die misschien in de bewegingsvergelijkingen ingevoerd? En zo ja, hoe dan?

    • Wat ik uit de samenvatting opmaak is dat de Planck-lengte niet in de berekeningen is opgenomen:

      Quote: “Applying this result to systems consisting of three massive black holes with zero total angular momentum, we conclude that up to 5 per?cent of such triples would require an accuracy of smaller than the Planck length in order to produce a time-reversible solution, thus rendering them fundamentally unpredictable.”

      Er is in 5% van de gevallen een precisie < Plancklengte nodig om de omgekeerde berekening te doen. En aangezien de Plancklengte de kleinste lengte is, is de conclusie dat de tijd in die gevallen niet omkeerbaar is. De berekende posities moeten tot op minder dan een Plancklengte gelijk zijn.

  4. “… chaotische banen …”

    Een anekdote vertelt dat een vlinder(-vleugel) in China een orkaan in de VS kan veroorzaken.
    Maar terug-redenerend kan je nooit meer bewijzen wélke vlinder dan verantwoordelijk was voor die orkaan. 😉

    Volgens de Chaostheorie lijkt het mij heel logisch dat beginsituaties niet altijd meer te reconstrueren zijn.
    Nog knap dat men dat bij deze test dat toch nog in 95% van de gevallen wel kon. 😉

    Groet, Paul

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: