Naučnici iz Južne Afrike nedavno su analizirali matematiku neutronskih zvijezda i uporedili je sa postojećim shvatanjem takozvane „strijele vremena“, ideje prema kojoj vrijeme neprekidno teče unaprijed, a ne unazad ili u nekakvim petljama i promjenljivim smijerovima.
Njihova analiza pokazala je da u određenim uslovima ekstremno snažna gravitacija neutronske zvijezde potpuno mijenja ovu matematiku i stvara zasebnu strijelu vremena koja se kreće u suprotnom smjeru od uobičajenog. Posmatrano kroz matematičke modele, takve neutronske zvijezde zapravo kolabiraju unazad kroz vrijeme.
Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu European Physical Journal C.
Naučnici su se fokusirali na takozvane epošne funkcije, matematičke modele koji opisuju ključne osobine prostor-vremena. Ove funkcije pomažu i u razumijevanju strijele vremena jer mjere entropiju, odnosno postepeni prelazak sistema iz uređenog u neuređeno stanje.
U istraživanju su posebno analizirani parametri poput Riccijevog skalara zakrivljenosti, Riccijevog kvadrata, Kretschmannovog skalara i Weylovog tenzora. Upravo oni omogućavaju naučnicima da izračunaju kako se prostor-vrijeme savija, deformiše, širi ili skuplja pod utjecajem ogromne gravitacije.
Kosmolozi već dugo pokušavaju objasniti jednu od najvećih misterija svemira: kako je rani univerzum mogao imati veoma nisku entropiju, dok danas živimo u kosmosu koji djeluje kao da se nalazi na „kasnijem“ kraju strijele vremena. Jedna od teorija jeste da u svemiru možda postoje procesi ili regioni u kojima vrijeme lokalno teče unazad.
Kako bi to provjerili, istraživači su matematički uporedili epošne funkcije gravitacionog kolapsa sa funkcijama koje opisuju zakrivljenost i strukturu prostor-vremena. Model su zasnovali na prethodnim istraživanjima u kojima je zakrivljenost prostor-vremena korištena za proučavanje neobičnih faza neutronskih zvijezda.
Neutronske zvijezde inače predstavljaju jedne od najekstremnijih objekata u svemiru. Iako su zapravo jezgra mrtvih zvijezda, po mnogim osobinama ponašaju se slično crnim rupama. Toliko su guste da bi neutronska zvijezda širine svega nekoliko kilometara mogla imati veću masu od našeg Sunca.
Kada prolaze kroz aktivni kolaps, naučnici ih nazivaju „nestabilnim“, što se odnosi na njihovo energetsko stanje. U ovom istraživanju naučnici su matematički smjestili nestabilnu neutronsku zvijezdu u model prostor-vremena i pratili kako se tokom vremena mijenjaju vrijednosti ključnih parametara.
Rezultati su pokazali da epošne funkcije povezane s gravitacionim kolapsom postepeno opadaju kako kolaps napreduje, što ukazuje na lokalno smanjenje entropije.
Na prvi pogled to možda ne djeluje spektakularno, ali upravo smanjenje entropije predstavlja jedan od mogućih znakova da vrijeme, barem lokalno, teče unazad. Naučnici to slikovito porede sa situacijom u kojoj se pasta za zube sama vraća nazad u tubu.
Istraživači navode da ih ovakav rezultat nije potpuno iznenadio, jer gravitaciona entropija favorizuje grupisanje materije, dok klasična entropija teži rasipanju i širenju sistema. Drugim riječima, između ove dvije vrste entropije postoji stalna „borba“, a ekstremno jaka gravitacija može promijeniti ravnotežu između njih.
Na kraju rada naučnici ističu da njihovo istraživanje predstavlja samo jedan korak u širem pokušaju kosmologije da preciznije objasni gravitaciju, zakrivljenost prostor-vremena i prirodu vremena. Svaki novi model, smatraju oni, može pomoći u razumijevanju fundamentalnih procesa svemira i otvoriti vrata budućim otkrićima.