Нарушает ли гравитация обратимость времени на микроуровне?

Нет, ньютоновская гравитация совершенно инвариантна к обращению времени. Предположим, я бросаю мяч вверх, он падает обратно, и мой друг его ловит. На картинке, обращенной во времени, мой друг подбрасывает мяч вверх, тот падает обратно, и я его ловлю. В обоих случаях гравитация делает одно и то же: притягивает мяч и Землю вместе.

Причина, по которой вы можете думать иначе, — это обычная картина гравитационного коллапса, например, когда пыль коллапсировала, чтобы сформировать нашу Солнечную систему. Это происходит только в одном случае, потому что при сжатии высвобождается энергия (например, за счет излучения), увеличивая общую энтропию Вселенной. Это действительно особенность гравитации: материя под действием гравитации сгущается, увеличивая свою энтропию, в то время как типичная система, подобная идеальному газу, расширяется, увеличивая свою энтропию. Принципиально это различие состоит в том, что гравитационно-связанные системы имеют отрицательную теплоемкость.

Но в любом случае здесь действует обычная макроскопическая, термодинамическая стрела времени. В самой гравитации нет микроскопической стрелы времени.

Нет, законы ньютоновской гравитации и общей теории относительности совершенно инвариантны по отношению к обращению времени (хотя в случае ОТО эта концепция несколько тонка). Частицы не просто «двигаются к большому скоплению и остаются там»; динамика, как правило, довольно сложна, но при отсутствии трения или других диссипативных сил всегда выглядит точно так же, если вы прокручиваете пленку в обратном направлении. Быстрый и грязный способ увидеть это состоит в том, чтобы отметить, что ньютоновская гравитация в основном сводится к

Нет. В случае скопления частиц оба направления пленки по-прежнему описывают действительную физику. Прокрутите пленку вперед, и одна частица двинется к кластеру. Прокрутите пленку назад, и частица начнет движение в скоплении со скоростью, заставляющей ее удаляться от скопления. Этот сценарий также полностью соответствует физике. Единственная причина, по которой вы решили, что фильм движется вперед в первом случае, — это ваше предположение о том, какие начальные условия более вероятны. Это похоже на то, как наблюдаешь, как бильярд ломается назад. Единственное, что говорит вам, какое направление фильма является перспективным, — это ваше предположение о том, какие начальные условия более вероятны. Но физика обратима.

Если вы посмотрите только на две частицы, тяготеющие друг к другу, вы не сможете сказать, какой путь был вперед, а какой — назад. Выпустите две массивные бильярдные частицы, и они будут двигаться навстречу друг другу, сталкиваться и отскакивать назад. Если бы вы увидели фильм о том, как они сближаются, вы бы не смогли сказать, двигались ли они вперед (притягивая друг друга, стартуя из состояния покоя) или назад (отскакивая после столкновения).

Может быть полезно различать две вещи. Когда говорят что-то об обращении времени, обычно ссылаются на фундаментальный закон (закон Ньютона или ОТО, если хотите). Это не означает, что конкретные решения должны обладать симметрией. Обычно приходится иметь дело с некоторыми дифференциальными уравнениями, но они сочетаются с граничными условиями. Нужно включить всю информацию (например, сохраняющиеся величины, начальные условия), чтобы получить конкретное решение, и там, где возможны потери или процессы, не полностью описанные фундаментальным законом, нарушают симметрию.

Скорее всего, в этой бильярдной игре, включающей гравитацию, вы получите орбиты (открытые или закрытые), которые действительно выглядят симметричными по отношению к обращению времени, поскольку вы не моделируете никаких проигрышей.