Неутронните звезди могат да обръщат стрелата на времето: Революционно физическо откритие

Южноафрикански физици откриха, че в колапсиращите неутронни звезди стрелата на времето може да се обърне назад. След като са анализирали математическия апарат на общата теория на относителността, приложен към свръхплътни обекти, учените показаха, че в екстремни гравитационни условия локалната ентропия не нараства, а намалява. Това означава, че от гледна точка на математиката подобна неутронна звезда се срива в обратна посока на времето.

В съвременната физика посоката на времето се определя от второто начало на термодинамиката: ентропията, мярката за безпорядъка, винаги се увеличава в една затворена система. Ето защо яйцето се счупва, но не може да се възстанови. Това обаче важи за мащабите и плътностите, с които сме свикнали. Въпросът е дали същото правило важи и за неутронните звезди, при които звездните маси се свиват до диаметър от 10-20 километра.

Изследователите от Технологичния университет в Дърбан (Южна Африка) се фокусират върху т.нар. епохални функции – математически обекти, които описват ключовите свойства на пространство-времето. Те идентифицират четири ключови параметъра: скаларът на Ричи (отклонение на локалната кривина от плоското пространство), квадратът на Ричи (деформация на обемите по траектории), скаларът на Кречман (откриване на истински сингулярности) и тензорът на Вейл (изкривявания от приливните ефекти). Заедно те изцяло описват как пространство-времето се огъва, компресира и деформира.

Учените са моделирали ситуация, при която нестабилна неутронна звезда претърпява гравитационен колапс. Математически те поставили такъв обект в модел на пространство-времето и изчислили промяната на четирите параметъра с течение на времето. Резултатът бил неочакван: епохалните функции, включително скаларите на Ричи и Кречман, „очевидно постепенно намаляват с напредването на колапса“. А намаляването на ентропията е локално обръщане на стрелата на времето.

Представете си счупена чаша, която внезапно се сглобява, и паста за зъби, която се връща обратно в тубичката. Точно това се случва математически във вътрешността на такава звезда.

Каква е причината за този парадокс? Изследователите обръщат внимание на коренно различните „наклони“ на двата вида ентропия, пише Popular Mechanics. Обикновената материална ентропия се стреми да разпръсне частиците възможно най-равномерно. Но гравитационната ентропия – едно сравнително ново понятие – напротив, „предпочита“ струпването на материя. Във вътрешността на неутронната звезда гравитацията е толкова силна, че побеждава обикновената ентропия и общата ентропия локално намалява. На езика на физиката това означава, че времето вътре в колапсиращия обект тече назад спрямо външния наблюдател.

Работата на южноафриканските учени е резултат от строги математически изчисления в рамките на съществуващите уравнения на общата теория на относителността. Тя помага за разрешаването на една отдавнашна загадка: защо ранната Вселена, възникнала от състояние с колосална ентропия, все пак демонстрира днес обичайния ход на времето? Може би отговорът се крие във факта, че в някои локализирани области – например в колапсиращите неутронни звезди – стрелката на времето винаги е била насочена в обратна посока, компенсирайки общото нарастване на ентропията.