Ο εξαιρετικά καμπυλωμένος χωροχρόνος μπορεί να στρεβλώσει το αίτιο και το αιτιατό (τουλάχιστον μαθηματικά), δημιουργώντας κανάλια για επικοινωνία προς το παρελθόν

Αν κάτι επιτρέπεται από τους νόμους της φυσικής, τότε οι επιστήμονες μπορούν να υποθέσουν ότι αποτελεί μαθηματική δυνατότητα, όχι όμως κατ’ ανάγκην ότι υπάρχει στη φύση. Υπό αυτό το σκεπτικό, ορισμένες εξωτικές δομές του χωροχρόνου που ονομάζονται κλειστές χρονοειδείς καμπύλες ίσως να είναι θεωρητικά δυνατές και ενδέχεται να επιτρέπουν σε ένα μήνυμα να ταξιδέψει από το μέλλον στο παρελθόν, αν και δεν γνωρίζουμε αν μπορούν να υπάρξουν σε ρεαλιστικές φυσικές συνθήκες.

Μια νέα μελέτη υπολόγισε πόση πληροφορία μπορεί να σταλεί πίσω στον χρόνο μέσω κλειστών χρονοειδών καμπυλών. Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν προβλέπει ότι αυτά τα χωροχρονικά μονοπάτια μπορούν να σχηματιστούν σε ορισμένες ακριβείς λύσεις των εξισώσεών της, σε συνθήκες έντονα καμπυλωμένου, περιστρεφόμενου χωροχρόνου, όπως στο ιδανικό μαθηματικό πρότυπο μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας. «Ο χωροχρόνος μπορεί να καμπυλωθεί τόσο πολύ, ώστε να προχωράς ανυποψίαστα μπροστά στον χρόνο και έπειτα να συναντήσεις τον εαυτό σου στο παρελθόν», λέει ο συν-συγγραφέας της μελέτης Seth Lloyd, επιστήμονας κβαντικής πληροφορικής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT). Βέβαια εννοείται πως αυτό περιγράφει ιδανικοποιημένες λύσεις και όχι επιβεβαιωμένα αστροφυσικά σενάρια.

Σύμφωνα με την γενική σχετικότητα, σε μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, η ιδιομορφία (singularity), στο ιδανικό μοντέλο Kerr, το θεωρητικό σημείο άπειρης πυκνότητας στο κέντρο, είναι στην πραγματικότητα ένας μονοδιάστατος δακτύλιος, με κλειστές χρονοειδείς καμπύλες να σχηματίζουν τόξα γύρω του. Κανείς δεν γνωρίζει αν αυτές οι χωροχρονικές δομές υπάρχουν όντως στο σύμπαν μας, και πολλοί φυσικοί θεωρούν ότι κβαντικά ή ημικλασικά φαινόμενα ίσως τις αποτρέπουν. Όμως γνωρίζουμε, ότι οι μαύρες τρύπες είναι άφθονες στο διάστημα και ότι οι περισσότερες από αυτές περιστρέφονται. Αυτό όμως δεν αρκεί για να συμπεράνουμε ότι οι κλειστές χρονοειδείς καμπύλες υπάρχουν πράγματι στη φύση.

Η έμπνευση για τη μελέτη προήλθε εν μέρει από μια ταινία. «Στις αρχές του 2025 παρακολούθησα την ταινία Interstellar», λέει ο Kaiyuan Ji, μεταπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Cornell ο οποίος, μαζί με τον σύμβουλό του Mark Wilde, συνεργάστηκε με τον Lloyd στη νέα έρευνα. Τα ευρήματα δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Physical Review Letters [Kaiyuan Ji, Seth Lloyd, and Mark M. Wilde. «Retrocausal Capacity of a Quantum Channel: Communicating through Noisy Closed Timelike Curves»]. Ωστόσο, η εργασία δεν αποδεικνύει ότι τέτοια κανάλια υπάρχουν σε πραγματικές μαύρες τρύπες. Μελετά ένα θεωρητικό κβαντικό μοντέλο επικοινωνίας μέσω κλειστών χρονοειδών καμπυλών με εκ των υστέρων επιλογή (postselected closed timelike curves, P-CTC).

Στην ταινία, ένας αστροναύτης που τον υποδύεται ο Matthew McConaughey ταξιδεύει πολύ κοντά σε μια μαύρη τρύπα και στέλνει ένα μήνυμα στην κόρη του στο παρελθόν. Ο Ji συνειδητοποίησε ότι η πλοκή ήταν χρήσιμη ως εννοιολογική αναλογία με ένα ερώτημα που ο ίδιος και οι συνάδελφοί του είχαν θέσει σε προηγούμενη έρευνα.

Η ομάδα αποφάσισε να διερευνήσει πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν καλύτερα οι κλειστές χρονοειδείς καμπύλες για τη μετάδοση πληροφοριών μεταξύ μέλλοντος και παρελθόντος. «Η στρατηγική έχει διαφορετική δομή από την επικοινωνία προς τα εμπρός στον χρόνο», σημειώνει ο Ji. «Η βασική διαφορά είναι ότι ο αποστολέας στο μέλλον έχει μνήμη του τι συνέβη στο παρελθόν, και αυτό προκαλεί έναν αιτιακό βρόχο. Έχεις πλέον την ικανότητα να κάμψεις την πιθανότητα επιτυχίας». Στο πλαίσιο της μελέτης, αυτά αφορούν τις πληροφοριακές ιδιότητες ενός θεωρητικού κβαντικού καναλιού και όχι μια παρατηρημένη αστροφυσική διάταξη.

Οι ερευνητές υπέθεσαν ότι το κανάλι ίσως να έχει κάποιο θόρυβο, παρεμβολές που εμποδίζουν τη διέλευση της μέγιστης ποσότητας πληροφοριών. Διαπίστωσαν όμως ότι η μνήμη του αποστολέα για το παρελθόν μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση αυτού του θορύβου. «Ας υποθέσουμε ότι ρίχνεις ένα μήνυμα σε μια μαύρη τρύπα στο μέλλον και αυτό αναδύεται από την ίδια μαύρη τρύπα στο παρελθόν, αλλά το μήνυμα αλλοιώνεται ή χάνονται τμήματά του», λέει ο Lloyd. Αυτό το παράδειγμα λειτουργεί ως εικονογράφηση του μαθηματικού μοντέλου και όχι ως περιγραφή φυσικής διαδικασίας: η εργασία δεν δείχνει ότι ένα πραγματικό μήνυμα μπορεί να σταλεί σε πραγματική μαύρη τρύπα και να αναδυθεί στο παρελθόν.

Τα ευρήματα αυτά θα μπορούσαν να έχουν ενδιαφέρουσες προεκτάσεις για τον κβαντικό υπολογισμό, δηλώνει ο Giulio Chiribella, επιστήμονας κβαντικής πληροφορικής στο Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ, ο οποίος δεν συμμετείχε στη μελέτη. Ο Chiribella έχει μελετήσει την πιθανότητα προσομοίωσης κλειστών χρονοειδών καμπυλών σε εργαστήριο στη Γη. Εδώ “προσομοίωση” σημαίνει αναπαραγωγή ορισμένων μαθηματικών-πληροφοριακών χαρακτηριστικών τέτοιων μοντέλων, όχι δημιουργία πραγματικής χρονικής μηχανής.

«Δεν γνωρίζουμε αν αυτές οι καμπύλες υπάρχουν στο σύμπαν μας, αλλά ξέρουμε ότι αν υπάρχουν, έχουν ισχυρές συνέπειες», αναφέρει. «Για παράδειγμα, προκαλούν ριζικά νέα σενάρια όπου η σειρά των γεγονότων γίνεται αόριστη, ενισχύοντας τον κβαντικό υπολογισμό και την κβαντική επικοινωνία πέρα από τα όρια των συμβατικών διατάξεων». Το κρίσιμο εδώ είναι ακριβώς αυτό το «αν»: η ύπαρξή τους παραμένει ανοιχτό ερώτημα.

Στο παρελθόν, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι οι κλειστές χρονοειδείς καμπύλες σε ορισμένα κβαντικά μοντέλα δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παράδοξα ταξίδια στον χρόνο. Ένα πείραμα σε μια ερευνητική εργασία του 2011[Closed Timelike Curves via Postselection: Theory and Experimental Test of Consistency], την οποία συνυπέγραψε ο Lloyd, δεν έστειλε πραγματικά ένα φωτόνιο (ένα σωματίδιο φωτός) πίσω στον χρόνο κατά λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο· αντί γι’ αυτό, προσομοίωσε εργαστηριακά τις προβλέψεις ενός συγκεκριμένου μοντέλου P-CTC.

Οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν το φωτόνιο θα μπορούσε να καταστρέψει την παρελθοντική του εκδοχή—κάτι ανάλογο με έναν άνθρωπο που ταξιδεύει πίσω στον χρόνο για να σκοτώσει τον παππού του, αποτρέποντας έτσι να γεννηθεί ποτέ ο ίδιος. Το λεγόμενο παράδοξο του παππού είναι μια ακανθώδης πτυχή του ταξιδιού στον χρόνο, αλλά στην περίπτωση των κλειστών χρονοειδών καμπυλών, φαίνεται ότι σε αυτό το συγκεκριμένο μοντέλο η κβαντική φυσική επιτρέπει μόνο αυτοσυνεπείς εκδοχές του ταξιδιού στον χρόνο. Με άλλα λόγια, μπορείς να επισκεφθείς το παρελθόν, αλλά δεν μπορείς να αλλάξεις το μέλλον, δεν επιτρέπεται η δολοφονία του παππού. Αυτό δεν αποτελεί γενικά αποδεδειγμένο φυσικό συμπέρασμα για όλες τις πιθανές θεωρίες των κλειστών χρονοειδών καμπυλών, αλλά αποτέλεσμα ενός συγκεκριμένου θεωρητικού πλαισίου.

Ο ανθρώπινος πολιτισμός έχει μια ιστορία εκατοντάδων χιλιάδων χρόνων πάνω σε μια χλωμή μπλε κουκκίδα, σε ένα τεράστιο σύμπαν που έχει ήδη μια ηλικία 13,8 δισεκατομμυρίων ετών. Μπορεί να μην είμαστε υπερ-πολιτισμός που κάνει διαστρικά ταξίδια, ελέγχει την ενέργεια άστρων ή κατασκεύασε χρονομηχανές. Έχουμε όμως κατανοήσει πάρα πολλά για τους νόμους της φυσικής και την θέση μας στην εξέλιξη του σύμπαντος. Ανεξάρτητα από το αν οι κλειστές χρονοειδείς καμπύλες παραμείνουν μια μαθηματική ιδιομορφία ή αποδειχθούν φυσική πραγματικότητα, η πιθανή αδυναμία μας να επέμβουμε στο παρελθόν κρύβει μια βαθύτερη συμβουλή: ότι η ανθρωπότητα δεν πρέπει να σπαταλά τον χρόνο της. Διαθέτει λίγο. Κι αυτό είναι μάλλον το μόνο «μυστικό» που θα μας αποκάλυπτε ένας χρονοταξιδιώτης.

διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Can black holes send information back in time? – https://www.scientificamerican.com/article/can-black-holes-send-information-back-in-time/
2. Gott, J. Richard: «Time Travel in Einstein’s Universe: The Physical Possibilities of Travel Through Time». 

Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΚΒΑΝΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΜΑΥΡΕΣ ΤΡΥΠΕΣ, ΣΧΕΤΙΚΟΤΗΤΑ

Ετικέτες: PHYSICS