Концепція подорожей у часі давно стала класикою наукової фантастики, але в галузі теоретичної фізики це не просто сюжетний прийом. Останні дослідження показують: якби ми могли відправляти повідомлення в минуле, вони могли б виявитися навіть надійнішими, ніж повідомлення, надіслані в майбутнє, навіть за поганої якості зв’язку.
Фізика тимчасових петель
Відповідно до загальної теорії відносності Ейнштейна, тканина реальності – простір-час – може згинатися та деформуватися. Одним із теоретичних рішень цих рівнянь є замкнена часоподібна крива (CTC). По суті, CTC – це петля у просторі-часі, яка дозволяє об’єкту переміщатися у майбутнє, а потім повертатися у власне минуле.
Хоча створення CTC у космічних масштабах потребувало б астрономічної кількості енергії, фізики шукають обхідні шляхи у квантовому світі. Зокрема, вони досліджують квантову заплутаність, при якій дві частинки залишаються пов’язаними так, що стан однієї миттєво впливає на іншу, незалежно від відстані. Деякі теоретики припускають, що цей миттєвий зв’язок може бути формою передачі інформації назад у часі.
Прорив у сфері «шумних каналів»
У 2010 році дослідник з MIT Сет Ллойд та його команда успішно використали фотони для імітації квантової CTC, фактично відправивши частинку на кілька наносекунд у минуле. Однак серйозною перешкодою для будь-якої системи зв’язку є шум – перешкоди, які спотворюють сигнал, подібно до статичних перешкод на телефонній лінії.
У новому дослідженні Ллойд та його колеги застосували теорію інформації, щоб вивчити, що відбувається, коли канал зв’язку з подорожжю у часі стає «зашумленим» та ненадійним. Їхні висновки виявилися парадоксальними:
- Звичайна передача повідомлень: У стандартній часовій шкалі, що рухається вперед, шум швидко знищує чіткість повідомлення.
- Передача повідомлень назад: Повідомлення, відправлене через «шумну» CTC, насправді працює краще, ніж стандартне повідомлення, відправлене через такий самий зашумлений прямий канал.
Чому минуле надійніше
Секрет цього феномену криється в концепції “зворотного зв’язку та пам’яті”.
Щоб проілюструвати це, дослідники послалися на кульмінацію фільму “Інтерстеллар”, де персонаж відправляє повідомлення в минуле, маніпулюючи рухом стрілок годинника. З математичної точки зору, «відправник» у майбутньому має явну перевагу: він вже знає результат.
«Батько пам’ятає, як дочка розшифрувала його майбутнє повідомлення, тому він може дати собі інструкції про те, як найкраще закодувати інформацію», — пояснює дослідник Кайюань Цзі.
Оскільки відправник має пам’ять про те, як повідомлення було отримано в минулому, він може скоригувати стратегію кодування, щоб компенсувати шум. Це створює петлю, що самокоректується, якої позбавлена стандартний лінійний зв’язок.
Від наукової фантастики до прикладної науки
Хоча ми ще нескінченно далекі від створення фізичної машини часу, наслідки цього дослідження виходять далеко за межі наукової фантастики. Робота дає новий спосіб розуміння, як різні типи зворотний зв’язок можуть оптимізувати протоколи зв’язку.
Навіть якщо «справжня» подорож у часі залишиться неможливою, математична модель, розроблена в цьому дослідженні, може бути застосована до реальних зашумлених каналів. Вивчаючи поведінку інформації у цих теоретичних петлях, вчені зможуть знайти ефективніші способи передачі через звичайні, лінійні мережі.
Укладання: Хоча фізична подорож у часі поки що залишається теоретично неможливим, вивчення «шумних» тимчасових петель показує, що використання інформації з майбутнього для виправлення помилок минулого може фундаментально змінити наше розуміння того, як надійно передавати дані.
