Tutkijat löysivät uuden tavan osoittaa, että ajassa ei voi mennä taaksepäin

Mikä luonnonlaki määrää ajan suunnan? Newtonin liikelait ja painovoimalaki ovat ajan suhteen symmetrisiä eli ajassa menneisyyteen suuntautuva liike ei erotu tulevaisuuteen suuntautuvasta liikkeestä näiden lakien mukaan.

– Samoin sähkömagnetismin lait, atomitason kvanttilait ja melkein kaikki muukin fysiikassa on ajan suhteen symmetristä, professori Mauri Valtonen Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitokselta kertoo.

– On esitetty, että menneisyys ja tulevaisuus eroavat toisistaan vain tilastollisesti. Kaikkihan tietävät arkikokemuksesta, että jos kuppi putoaa pöydältä ja hajoaa palasiksi, on erittäin epätodennäköistä, että palaset taas itsestään yhtyisivät ehjäksi kupiksi. Ajan suhteen symmetriset luonnonlait eivät tätä varsinaisesti kiellä, Valtonen havainnollistaa.

Tuoreessa tutkimuksessa Tjarda Boekholt Coimbran yliopistosta (Portugali), Simon Portegies Zwart Leidenin yliopistosta (Alankomaat) ja Mauri Valtonen Turun yliopistosta osoittavat, että ajan suunta sisältyy jo Newtonin liikelakeihin, kun otetaan mukaan myös atomitason ilmiöt. Asia käy kolmen kappaleen liikkeessä toistensa suhteen. Liikerataa ei voi aina kääntää päinvastaiseksi ja palata samaa reittiä takaisin kuten aiemmin on luultu.

Tarkastelun kohteena mustien aukkojen liikkeet

Tarkemmin ottaen Boekholt, Portegies Zwart ja Valtonen tutkivat kolmen miljoona kertaa aurinkoa raskaamman mustan aukon liikettä suhteessa toisiinsa. Jos menneisyys ja tulevaisuus olisivat samanvertaisia, mustien aukkojen liikeradat voitaisiin kääntää päinvastaisiksi, jolloin mustat aukot menisivät samaa tietä takaisin sinne mistä ne ovat tulleet. Jo vuonna 2008 Harry Lehto ja hänen työtoverinsa Turun yliopistosta huomasivat, että tämä onnistuu vain noin 50 prosentissa kaikista tapauksista, kun taas onnistumisen pitäisi olla 100 prosenttia jos aika olisi symmetrisesti käännettävissä.

Tällöin ajateltiin, että Lehdon ym. käyttämät laskumenetelmät eivät olleet tarpeeksi tarkkoja eivätkä tietokoneet riittävän tehokkaita, jotta ajan kääntö onnistuisi joka kerta. Boekholt, Portegies Zwart ja Valtonen käyttävät tuoreessa tutkimuksessaan huomattavasti tarkempaa Brutus-laskumenetelmää.

Laskumenetelmän tarkkuus on jopa niin suuri, että kvanttitason ilmiö, niin sanottu Heisenbergin epätarkkuusperiaate, tulee vallitsevaksi.

– Tämä periaate osoittaa oleellisesti, että mitään tilannetta luonnossa ei voi tietää äärettömän tarkasti. Mustien aukkojen liikkeen kääntäminen siten että ne aina löytäisivät takaisin lähtökohtaansa, vaatisi juuri tämän äärettömän tarkkuuden. Kääntäminen ei siis ole aina mahdollista, Valtonen kertoo.

Boekholtin, Portegies Zwartin ja Valtosen laskussa ajan kääntö onnistui vain 95 prosentissa tapauksista, ja lopuissa viidessä prosentissa tapauksia Heisenbergin epätarkkuusperiaate esti sen.  Tutkimuksen mukaan ajalla on kuin onkin tietty suunta myös fysiikan laeissa. Matemaattinen symmetria, joka fysiikan laeissa päällisin puolin vallitsee menneen ja tulevan suhteen katoaa, kun kappaleet päästetään liikkeeseen.

Valtonen havainnollistaa tutkimustulosta ajatusleikin avulla:

– Teoriassa menneisyyteen voisi siis ehkä matkustaa, jos mikään maailmassa ei liikkuisi, mutta näinhän ei tietysti ole.