W cichych korytarzach Instytutu Fizyki Grawitacyjnej im. Maxa Plancka w Poczdamie dystans między dowodem matematycznym a działającym urządzeniem mierzy się zazwyczaj w dekadach, jeśli nie stuleciach. Niedawne poruszenie wokół obiektu międzygwiezdnego 3I/ATLAS – ciała wykazującego obecnie przyspieszenie niegrawitacyjne, które wprawiło Minor Planet Center w szał zakupów – ożywiło odwieczną obsesję społeczności fizyków: możliwość przesyłania informacji tam, dokąd nie może dotrzeć sonda fizyczna. Podczas gdy Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) rozważa misję, która nie przechwyciłaby obiektu 3I/ATLAS przed 2085 rokiem, teoretycy szukają drogi na skróty, która nie wymaga czekania sześćdziesięciu lat na spotkanie. Przyglądają się teseraktowi, a dokładniej – kwantowej hydraulice czarnych dziur.
Wąskie gardło teleportacji kwantowej
Aby zrozumieć, dlaczego nie jest to jeszcze realna alternatywa dla powolnego harmonogramu ESA dotyczącego pościgu za kometą, należy przyjrzeć się mechanice teleportacji kwantowej. W standardowym układzie laboratoryjnym – takim, jaki jest udoskonalany w ośrodkach QuTech w Delfcie – teleportacja stanu kwantowego wymaga kanału „klasycznego”. Przesyłasz informację kwantową natychmiastowo, ale musisz zadzwonić do odbiorcy przez zwykłą linię telefoniczną, aby powiedzieć mu, jak ją zdekodować. To klasyczne ograniczenie prędkości jest tym, co powstrzymuje nas przed wykorzystaniem splątania do pokonania prędkości światła lub wysłania wczorajszych szczęśliwych numerów lotto do samych siebie z przeszłości.
Koszt alternatywny stanowi, jak zawsze, energia. Aby utrzymać tunel czasoprzestrzenny przed zamknięciem w momencie, gdy wpłynie do niego choć jeden foton, potrzebna jest materia o ujemnej gęstości energii. W laboratorium potrafimy wytworzyć jej niewielkie ilości dzięki efektowi Casimira – dziwnemu ciśnieniu, które występuje między dwiema bardzo blisko położonymi, nienaładowanymi metalowymi płytami. Jednak aby utrzymać makroskopowy tunel czasoprzestrzenny otwarty dla wiadomości tekstowej, potrzeba by więcej ujemnej energii niż wynosi całkowita masa-energia Jowisza. Dla kontynentu, który obecnie zmaga się z koordynacją jednolitego łańcucha dostaw półprzewodników w ramach unijnego aktu o czipach (EU Chips Act), pozyskanie egzotycznej materii o masie gazowego olbrzyma pozostaje niskim priorytetem w strategicznym planie na 2030 rok.
Anomalia 3I/ATLAS i poszukiwanie sygnałów
Podczas gdy teoretycy bawią się czarnymi dziurami, środowisko obserwacyjne jest zajęte spieraniem się o dane płynące z obiektu 3I/ATLAS. Obiekt ten, nasz trzeci potwierdzony międzygwiezdny gość, zachowuje się niepokojąco. W ciągu ostatnich sześciu miesięcy dwukrotnie zmienił kolor i oddala się od Słońca szybciej, niż może to wyjaśnić sama grawitacja. To „przyspieszenie niegrawitacyjne” to to samo zjawisko, które uczyniło 'Oumuamua gwiazdą tabloidów, prowadząc do wysuwania przez marginalne środowiska twierdzeń o obcych żaglach słonecznych.
Niedawna publikacja SETI Institute zmusiła autorów do przyjęcia roli rozsądnego głosu, wskazując, że 3I/ATLAS niemal na pewno wydziela wodór – naturalny, choć niewidoczny silnik rakietowy. Mimo to czas odkrycia stworzył ciekawe napięcie. Jeśli opracowujemy matematykę przesyłania wiadomości w czasie przy użyciu splątanych osobliwości, czy powinniśmy postrzegać obiekty takie jak 3I/ATLAS nie jako statki kosmiczne obcych, ale jako potencjalne punkty odniesienia dla fizyki nielokalnej? Przyspieszenie jest realne, dane są niechlujne, a europejska baza przemysłowa już zastanawia się, jak wykorzystać technologię detekcji, nawet jeśli „obcy” okażą się nieco nietypową bryłą zamrożonego azotu.
Proponowana przez ESA misja przechwycenia w 2085 roku podkreśla absurdalność naszego obecnego sufitu technologicznego. Potrafimy obliczyć dokładny spin wymagany dla przejezdnego tunelu czasoprzestrzennego, aby umożliwić przesyłanie wiadomości w czasie, ale nie potrafimy zbudować rakiety chemicznej, która dogoni kometę w czasie krótszym niż pół wieku. To powracający motyw w europejskiej polityce naukowej: posiadamy najlepszych teoretycznych architektów na świecie, a mimo to wciąż czekamy, aż stolarze wynajdą lepszy młotek.
Suwerenność w sferze kwantowej
Dlaczego Komisja Europejska przejmuje się abstrakcyjną matematyką czarnych dziur i wiadomościami z opóźnieniem czasowym? Odpowiedź leży w EuroQCI (Europejska Infrastruktura Kwantowej Komunikacji). Bruksela pompuje obecnie miliardy w plan stworzenia ogólnokontynentalnej sieci szyfrowanej kwantowo. Celem jest „suwerenność kwantowa” – system, którego zasadniczo nie da się zhakować, ponieważ każda próba podsłuchu doprowadziłaby do zapadnięcia się stanu kwantowego wiadomości.
Jeśli hipoteza ER=EPR jest słuszna, a splątanie jest rzeczywiście fundamentalnym spoiwem czasoprzestrzeni, to szyfrowanie kwantowe nie jest tylko protokołem bezpieczeństwa; to manipulacja samą tkanką rzeczywistości. Zrozumienie, w jaki sposób informacja przemieszcza się przez splątane mosty, jest niezbędne do budowy routerów przyszłości. Być może nie będziemy wysyłać wiadomości do lat 90., aby powstrzymać bańkę dot-comów, ale próbujemy zapewnić, że bezpieczna wiadomość wysłana z Berlina do Lizbony nie zostanie przechwycona przez komputer kwantowy w Maryland czy Pekinie. Matematyka „Interstellar” określa warunki brzegowe tego, co jest możliwe w transmisji danych, nawet jeśli aspekty podróży w czasie pozostają wygodnym wabikiem dla pozyskiwania funduszy w ramach programu Horyzont Europa.
Rzeczywistość inżynieryjna pozostaje jednak uparcie przyziemna. W centrum badawczym w Garching inżynierowie pracujący nad systemami wysokiej próżni i kriogeniką bardziej przejmują się szumem termicznym w kubicie niż promieniowaniem Hawkinga czarnej dziury. Dla nich rozmowy o przesyłaniu wiadomości w czasie są rozpraszaniem uwagi od bezpośredniego problemu dekoherencji. Nie można wysłać wiadomości do przeszłości, jeśli stan kwantowy przetrwa w teraźniejszości mniej niż mikrosekundę.
Ograniczenie energii ujemnej
Każda dyskusja o przejezdnych tunelach czasoprzestrzennych ostatecznie uderza w ten sam mur: warunek zerowej energii (Null Energy Condition). W ogólnej teorii względności energia jest zawsze dodatnia. Aby to obejść, trzeba odwołać się do kwantowej teorii pola, która dopuszcza lokalne kieszenie ujemnej energii. To nie jest tylko matematyczna sztuczka; to wymóg dla każdego rodzaju podróży FTL (szybszej niż światło) lub przesyłania wiadomości w czasie. Problem tkwi w skali i stabilności.
Nawet gdybyśmy mogli wykorzystać efekt Casimira na skalę przemysłową, wynikająca z tego ujemna energia jest niezwykle krucha. W momencie, gdy spróbujesz użyć jej do podparcia tunelu czasoprzestrzennego, reakcja zwrotna geometrii czasoprzestrzeni ma tendencję do wytwarzania „firewalla” – regionu o nieskończonej gęstości energii, który spaliłby każdą informację próbującą przez niego przejść. To mechanizm kosmicznej cenzury, który wydaje się zaprojektowany tak, aby utrzymać integralność linii czasu. Wszechświat, jak się wydaje, ma bardzo rygorystyczny filtr antyspamowy dla wiadomości z przyszłości.
To stawia nas w dobrze znanej sytuacji. Mamy równania, które sugerują istnienie luki, i mamy anomalie międzygwiezdne, które rozpalają naszą wyobraźnię, ale brakuje nam zdolności przemysłowych, aby połączyć te dwa światy. Misja 3I/ATLAS, jeśli kiedykolwiek wystartuje, będzie świadectwem naszej wytrwałości. Będzie to napędzany chemicznie pościg w zwolnionym tempie przez ciemność, z wykorzystaniem technologii, która wydawałaby się prymitywna każdemu, kto byłby w stanie faktycznie manipulować splątaniem w celach komunikacyjnych. Wciąż jesteśmy żeglarzami z XV wieku, patrzącymi w gwiazdy i marzącymi o locie, próbującymi jednocześnie zrozumieć, dlaczego nasze drewniane kadłuby gniją.
Europa ma inżynierów zdolnych do zbudowania sensorów dla 3I/ATLAS. Po prostu nie zdecydowano jeszcze, który kraj zapłaci za ujemną energię. Na razie jedynym sposobem na wysłanie wiadomości do przyszłości jest stara, sprawdzona metoda: zapisać ją i czekać. Matematyka drogi na skróty istnieje, ale jej realizacja techniczna to koszmar.
Comments
No comments yet. Be the first!