Koncepcja podróży w czasie od dawna jest klasyką science fiction, ale w dziedzinie fizyki teoretycznej jest czymś więcej niż tylko narzędziem fabularnym. Niedawne badania pokazują, że gdybyśmy mogli wysyłać wiadomości w przeszłość, byłyby one jeszcze bardziej niezawodne niż wiadomości wysyłane w przyszłość – nawet jeśli jakość komunikacji była niska.
Fizyka pętli czasu
Według ogólnej teorii względności Einsteina struktura rzeczywistości – czasoprzestrzeń – może się wyginać i deformować. Jednym z teoretycznych rozwiązań tych równań jest zamknięta krzywa czasowa (CTC). Zasadniczo CTC to pętla w czasoprzestrzeni, która pozwala obiektowi podróżować w przyszłość, a następnie powrócić do własnej przeszłości.
Chociaż stworzenie CTC na skalę kosmiczną wymagałoby astronomicznej ilości energii, fizycy szukają obejść w świecie kwantowym. W szczególności badają splątanie kwantowe, w którym dwie cząstki pozostają połączone w taki sposób, że stan jednej natychmiast wpływa na drugą, niezależnie od odległości. Niektórzy teoretycy sugerują, że ta natychmiastowa komunikacja może być formą przekazywania informacji w przeszłość.
Przełom w dziedzinie „zakłóconych kanałów”
W 2010 roku badacz z MIT Seth Lloyd i jego zespół z powodzeniem wykorzystali fotony do symulacji kwantowego CTC, zasadniczo wysyłając cząstkę kilka nanosekund w przeszłość. Jednak główną przeszkodą w każdym systemie komunikacyjnym jest szum — zakłócenia, które zniekształcają sygnał, podobnie jak zakłócenia w linii telefonicznej.
W nowym badaniu Lloyd i jego współpracownicy wykorzystali teorię informacji, aby zbadać, co się dzieje, gdy kanał komunikacji związany z podróżami w czasie staje się zaszumiony i zawodny. Ich wnioski okazały się paradoksalne:
- Przesyłanie wiadomości konwencjonalnych: w przypadku standardowej osi czasu, szum szybko pogarsza przejrzystość komunikatu.
- Przekazywanie wiadomości wstecz: Wiadomość wysłana przez „zaszumiony” kanał CTC faktycznie działa lepiej niż standardowa wiadomość wysłana dokładnie tym samym zaszumionym kanałem nadawczym.
Dlaczego przeszłość jest bardziej wiarygodna
Sekret tego zjawiska leży w koncepcji sprzężenia zwrotnego i pamięci.
Aby to zilustrować, badacze odwoływali się do kulminacyjnego momentu filmu Interstellar, w którym postać wysyła wiadomości w przeszłość, manipulując ruchem wskazówek zegara. Z matematycznego punktu widzenia „nadawca” w przyszłości ma wyraźną przewagę: zna już wynik.
„Ojciec pamięta, jak jego córka odszyfrowała jego przyszłą wiadomość, więc może udzielić sobie instrukcji, jak najlepiej zakodować informacje” – wyjaśnia badacz Kaiyuan Ji.
Ponieważ nadawca pamięta, jak wiadomość została odebrana w przeszłości, może dostosować swoją strategię kodowania, aby skompensować szum. Tworzy to samokorygującą pętlę, której brakuje w standardowym połączeniu liniowym.
Od science fiction po nauki stosowane
Chociaż wciąż jesteśmy nieskończenie dalecy od stworzenia fizycznego wehikułu czasu, implikacje tych badań wykraczają daleko poza science fiction. Praca zapewnia nowy sposób zrozumienia, w jaki sposób różne rodzaje informacji zwrotnych mogą optymalizować protokoły komunikacyjne.
Nawet jeśli „rzeczywista” podróż w czasie pozostanie niemożliwa, model matematyczny opracowany w tym badaniu można zastosować do kanałów z prawdziwym szumem. Badając zachowanie informacji w tych teoretycznych pętlach, naukowcy będą w stanie znaleźć skuteczniejsze sposoby przesyłania danych za pośrednictwem konwencjonalnych sieci liniowych.
Wniosek: Chociaż fizyczne podróże w czasie pozostają teoretycznie niemożliwe, badanie zaszumionych pętli czasowych pokazuje, że wykorzystywanie informacji z przyszłości do korygowania błędów z przeszłości może zasadniczo zmienić nasze rozumienie niezawodnego przesyłania danych.
