Fizycy znaleźli lukę pozwalającą wysyłać wiadomości w przeszłość

Punktualnie o 14:00 terminal komputerowy w zaawansowanym technologicznie laboratorium odbiera pojedynczy bit danych – zwykłe „1”. Problem w tym, że badacz obsługujący maszynę wprowadza te dane i naciska przycisk „wyślij” dopiero o 14:05. Przez pięć minut w teraźniejszości istniała informacja, która nie została jeszcze utworzona. Brzmi to jak scenariusz sequela filmu Christophera Nolana, ale matematyka ogólnej teorii względności sugeruje, że nie jest to tylko hollywoodzki trop, lecz uzasadniona, choć oszałamiająca możliwość naszego fizycznego wszechświata.

Istota tego przełomu tkwi w czymś, co fizycy nazywają zamkniętą krzywą czasopodobną (ang. Closed Time-like Curve, CTC). Aby zrozumieć CTC, trzeba przestać postrzegać przestrzeń i czas jako odrębne byty, a zacząć widzieć je jako jedną, elastyczną strukturę znaną jako czasoprzestrzeń. Zazwyczaj struktura ta jest stosunkowo płaska, niczym dobrze zaścielone prześcieradło. Jednak Einstein nauczył nas, że masa i energia mogą zakrzywiać to prześcieradło. Jeśli zgromadzimy wystarczającą ilość masy w jednym miejscu – powiedzmy, w rotującej czarnej dziurze – nie tylko wgniemy prześcieradło, ale możemy wręcz skręcić je w pętlę. Jeśli ścieżka w czasoprzestrzeni zapętla się, obiekt podążający tą ścieżką mógłby teoretycznie powrócić do momentu, w którym rozpoczął swoją podróż.

Geometria czasowego zawracania

Choć wizja fizycznego DeLoreana pędzącego przez tunel czasoprzestrzenny pobudza wyobraźnię, rzeczywistość podróży w czasie prawdopodobnie będzie znacznie bardziej subtelna i cyfrowa. Fizycy badają obecnie, w jaki sposób informacje, a nie materia, mogłyby przemierzać te pętle. Nowe badania sugerują, że niekoniecznie potrzebujemy czarnej dziury na własnym podwórku, aby przetestować granice tej teorii. Zamiast tego uwaga skupiła się na „geometrii” protokołów komunikacyjnych, które naśladują zachowanie CTC.

Nie chodzi tu tylko o wysyłanie zwycięskich liczb w lotto do samego siebie z przeszłości, choć jest to nieunikniona pierwsza myśl. Konsekwencje dla nowoczesnej informatyki są zdumiewające. Jeśli będziemy w stanie niezawodnie „pożyczać” moc obliczeniową z przyszłości lub weryfikować obliczenia, zanim jeszcze zakończą swoje działanie, staniemy przed wykładniczym skokiem prędkości przetwarzania, przy którym obecny boom na AI będzie wyglądał jak liczydło. Tworzy to „idealną” pętlę komunikacyjną, w której odpowiedź na problem może współistnieć z samym pytaniem.

Lekcje z czarnej dziury Gargantua

Wizualizacja „Teseraktu” z filmu Interstellar – gdzie bohater oddziałuje z przeszłością poprzez fizyczną manifestację czasu – była czymś więcej niż tylko sprytnym CGI. Opierała się na rygorystycznym modelowaniu matematycznym Kipa Thorne’a, noblisty, który zadbał o to, by fizyka filmu pozostała w sferze tego, co prawdopodobne. Te nowe badania idą o krok dalej niż praca Thorne’a, odrzucając kinową otoczkę i skupiając się na surowym transferze danych. Zakładają one, że jeśli grawitacja może zakrzywiać światło, z pewnością może też zakrzywiać linię czasu fotonu.

Istnieje jednak pewien haczyk, który spędza sen z powiek filozofom i fizykom: paradoks dziadka. Jeśli wyślesz wiadomość w przeszłość, mówiąc swojemu młodszemu „ja”, żeby nie wysyłało tej wiadomości, wszechświat powinien teoretycznie ulec awarii. Większość badaczy skłania się ku „zasadzie samospójności Nowikowa”, aby rozwiązać ten problem. Zasada ta sugeruje, że można wysyłać tylko takie wiadomości, które już są częścią historii przeszłości. Nie zmieniasz przeszłości; ty ją dopełniasz. Jeśli dzisiaj otrzymałeś wiadomość z przyszłości, to zawsze miałeś ją otrzymać i zawsze to ty miałeś ją wysłać za pięć minut.

Ta logika „zamkniętej pętli” sugeruje wszechświat znacznie bardziej deterministyczny, niż nasze obsesyjnie nastawione na „wolną wolę” mózgi chciałyby przyznać. Rodzi to również dziwną możliwość w kontekście poszukiwań inteligencji pozaziemskiej. Gdyby cywilizacja była na tyle zaawansowana, by opanować komunikację opartą na CTC, nie wysyłałaby fal radiowych w pustkę kosmosu z nadzieją na odpowiedź za 40 000 lat. Przesyłałaby wiadomości do samych siebie w obrębie własnej linii czasowej, tworząc idealnie wydajną, zinternalizowaną sieć informacyjną, która byłaby dla nas całkowicie niewidoczna.

Bateria kwantowa i odwracanie czasu

Choć wysłanie „Halo” do 1994 roku pozostaje odległym celem, już teraz obserwujemy praktyczne zastosowanie „odwracania czasu” w technologii kwantowej. Ostatnie eksperymenty z bateriami kwantowymi wykazały, że urządzenia te można ładować wydajniej poprzez efektywne odwrócenie przepływu czasu na poziomie subatomowym. W świecie kwantowym strzałka czasu jest zaskakująco rozmyta. Umieszczając układ kwantowy w stanie superpozycji – w którym jednocześnie „porusza się do przodu” i „do tyłu” – naukowcy mogą ominąć straty energii, które zazwyczaj nękają tradycyjne baterie.

To nie tylko laboratoryjna ciekawostka. To fundamentalna zmiana w rozumieniu „składników” rzeczywistości. Przez dekady standardowy pogląd był redukcjonistyczny: zacznij od cząstek, buduj atomy, buduj cząsteczki, aż w końcu otrzymasz ludzi i czas. Ale jeśli potrafimy manipulować kierunkiem czasu, by naładować baterię lub wysłać sygnał, sugeruje to, że czas i świadomość mogą być bardziej fundamentalne dla wszechświata niż same cząstki. Być może żyjemy w rzeczywistości, w której sekwencja zdarzeń to tylko interfejs użytkownika, a my w końcu znaleźliśmy konsolę programisty.

Sceptycyzm pozostaje wysoki i słusznie. Wielu fizyków argumentuje, że choć matematyka CTC sprawdza się na papierze, „warunki energetyczne” wymagane do ich stworzenia w prawdziwym świecie są niemożliwe do osiągnięcia bez „egzotycznej materii” – substancji o ujemnej masie, której jeszcze nie znaleźliśmy. Istnieje również „czynnik Hawkinga”; nieżyjący już Stephen Hawking słynnie zaproponował Hipotezę Ochrony Chronologii, sugerując, że prawa fizyki zawsze będą sprzysięgać się, by zapobiegać podróżom w czasie, ponieważ, cóż, nie zostaliśmy zalani przez turystów z przyszłości.

Dlaczego wszechświat może nam nie pozwolić oszukiwać

W tych badaniach istnieje ostatnie, mroczniejsze napięcie. Gdybyśmy rzeczywiście odkryli, jak wysyłać sygnały w przeszłość, nawet w krótkich odstępach czasu, liczonych w milisekundach, natychmiast uczyniłoby to wszystkie obecne formy cyberbezpieczeństwa przestarzałymi. Nowoczesne szyfrowanie opiera się na fakcie, że nie można znać klucza, zanim zostanie on wygenerowany. Jeśli haker może odebrać klucz z przyszłości, „niezłomny” mur szyfrowania kwantowego kruszy się. Mówimy w rzeczywistości o „czasowym wyścigu zbrojeń”, w którym zwycięzcą jest ten, kto potrafi zobaczyć ułamek sekundy dalej w przyszłość niż jego przeciwnik.

Jesteśmy również zmuszeni zmierzyć się z sygnałami biologicznymi, których używają nasze własne ciała. Nowe badania nad komunikacją narządów sugerują, że nasze komórki używają „tajnych sygnałów” do naprawy tkanek i spowalniania starzenia, funkcjonując w sposób, który wygląda podejrzanie jak zinternalizowana pętla sprzężenia zwrotnego. Jeśli nasza biologia już nauczyła się „przewidywać” uszkodzenia, zanim wystąpią, nie byłby to pierwszy raz, gdy natura wyprzedziła nas w przełomie fizycznym. Nasze narządy mogą „rozmawiać” przez niewielką przerwę czasową, aby utrzymać stabilność organizmu – biologiczną wersję zasady samospójności.

Na razie zdolność wysłania wiadomości w przeszłość pozostaje kruchym, teoretycznym zwycięstwem. Istnieje w złożonych równaniach ogólnej teorii względności i migoczących stanach bitów kwantowych. Jednak fakt, że prawa fizyki w ogóle pozwalają na postawienie tego pytania, jest głęboką zmianą. Kiedyś myśleliśmy, że jesteśmy panami przestrzeni, badającymi naszą trójwymiarową klatkę. Teraz wydaje się, że czwarty wymiar wcale nie jest klatką – to tylko bardzo długi, bardzo skomplikowany sznurek, a my w końcu uczymy się, jak wiązać na nim węzeł.

Następnym razem, gdy będziesz w pubie i ktoś będzie narzekał na spóźnienie, możesz z naukową pewnością powiedzieć mu, że „spóźnienie” to kwestia perspektywy. Gdyby dysponowali czarną dziurą i bardzo konkretnym zestawem protokołów splątania kwantowego, mogliby dotrzeć na miejsce dziesięć minut przed wyjściem z domu. Tylko nie oczekuj, że postawią następną kolejkę za pieniądze, których jeszcze nie zarobili.