Het concept van tijdreizen is lange tijd een hoofdbestanddeel van sciencefiction geweest, maar op het gebied van de theoretische natuurkunde is het meer dan alleen een plotapparaat. Uit recent onderzoek blijkt dat als we berichten naar het verleden zouden kunnen sturen, deze feitelijk betrouwbaarder zouden kunnen zijn dan berichten die naar de toekomst worden verzonden, zelfs als de verbinding slecht is.
De natuurkunde van tijdlussen
Volgens de algemene relativiteitstheorie van Einstein kan het weefsel van de werkelijkheid – ruimte-tijd – verbogen en vervormd zijn. Eén theoretische oplossing voor deze vergelijkingen is de Closed Time-like Curve (CTC). Een CTC is in wezen een lus in de ruimte-tijd waarmee een object naar de toekomst kan reizen en uiteindelijk terug kan keren naar zijn eigen verleden.
Hoewel het creëren van een CTC op kosmische schaal astronomische hoeveelheden energie zou vergen, kijken natuurkundigen naar de kwantumwereld voor een oplossing. Concreet onderzoeken ze kwantumverstrengeling, waarbij twee deeltjes zodanig met elkaar verbonden blijven dat de toestand van de ene onmiddellijk de andere beïnvloedt, ongeacht de afstand. Sommige theoretici suggereren dat deze onmiddellijke verbinding feitelijk een vorm van informatie zou kunnen zijn die terug in de tijd reist.
De doorbraak van het “Noisy Channel”.
In 2010 gebruikten MIT-onderzoeker Seth Lloyd en zijn team met succes fotonen om een kwantum-CTC na te bootsen, waardoor een deeltje effectief een paar nanoseconden in het verleden werd gestuurd. Een groot obstakel in elk communicatiesysteem is echter ruis : interferentie die een signaal verslechtert, vergelijkbaar met statische elektriciteit op een telefoonlijn.
In een nieuwe studie pasten Lloyd en zijn collega’s de informatietheorie toe om te onderzoeken wat er gebeurt als een tijdreizend communicatiekanaal ‘krakend’ en onbetrouwbaar wordt. Hun bevindingen waren contra-intuïtief:
- Conventionele berichtenuitwisseling: In een standaard voorwaarts bewegende tijdlijn vernietigt ruis snel de duidelijkheid van een bericht.
- Achterwaartse berichtenuitwisseling: Een bericht dat via een CTC met veel ruis wordt verzonden, presteert beter dan een standaardbericht dat via een voorwaarts kanaal met identieke ruis wordt verzonden.
Waarom het verleden betrouwbaarder is
Het geheim van dit fenomeen ligt in het concept van feedback en geheugen.
Om dit te illustreren wezen onderzoekers op de climax van de film Interstellar, waarin een personage berichten naar het verleden stuurt door de beweging van een horloge te manipuleren. In wiskundige zin heeft de ‘afzender’ in de toekomst een duidelijk voordeel: zij kennen de uitkomst al.
“De vader onthoudt hoe de dochter zijn toekomstige boodschap decodeert, zodat hij zichzelf kan leren wat de beste manier is om de boodschap te coderen”, legt onderzoeker Kaiyuan Ji uit.
Omdat de afzender een geheugen heeft van hoe het bericht in het verleden is ontvangen, kan hij zijn coderingsstrategie aanpassen om de ruis te compenseren. Hierdoor ontstaat een zelfcorrigerende lus die bij standaard, lineaire communicatie ontbreekt.
Van sciencefiction tot praktische wetenschap
Hoewel we nog lang niet in de buurt zijn van het bouwen van een fysieke tijdmachine, reiken de implicaties van dit onderzoek veel verder dan sciencefiction. Het onderzoek biedt een nieuwe manier om te begrijpen hoe verschillende soorten feedback communicatieprotocollen kunnen optimaliseren.
Zelfs als ‘echte’ tijdreizen onmogelijk blijft, kan het hier ontwikkelde wiskundige raamwerk worden toegepast op ruisrijke kanalen in de echte wereld. Door te bestuderen hoe informatie zich in deze theoretische lussen gedraagt, kunnen wetenschappers efficiëntere manieren ontdekken om gegevens via conventionele, vooruitstrevende netwerken te verzenden.
Conclusie: Hoewel fysiek tijdreizen voorlopig een theoretische onmogelijkheid blijft, onthult de studie van “luidruchtige” tijdlussen dat het gebruik van toekomstige informatie om fouten uit het verleden te corrigeren ons begrip van hoe we gegevens betrouwbaar kunnen verzenden fundamenteel zou kunnen veranderen.
