Podróże przez tunele czasoprzestrzenne teoretycznie są możliwe. Ale to nie znaczy, że mają sens

Żeby zrozumieć ideę tuneli czasoprzestrzennych, nie trzeba być fizykiem. Pomysł ten został zaprezentowany przez dostatecznie dużą liczbę twórców science-fiction, żebyśmy zrozumieli ich największą zaletę: podróże szybsze od światła.

Wraz z publikacją pierwszego w historii nauki zdjęcia czarnej dziury, powróciła dyskusja o teoretycznym wykorzystaniu takiego obiektu do dalekich kosmicznych podróży. Pewnie słyszeliście już tę analogię, która tłumaczy całą zasadę. Na kartce papieru rysujemy sobie dwa punkty oddalone od siebie o daną odległość. Na dwuwymiarowej kartce, żeby najszybciej dotrzeć z jednego punktu do drugiego, trzeba narysować między nimi prostą linię. Powiedzmy, że już to potrafimy.

O wiele szybciej byłoby jednak, gdybyśmy mogli zgiąć kartkę tak, aby jeden punkt stykał się z drugim. Żadnej linii prostej pomiędzy. Tak mniej więcej niektórzy fizycy teoretyczni wyobrażają sobie sposób wykorzystania tuneli czasoprzestrzennych. Ale po kolei.

Tunele czasoprzestrzenne zwane są czasami mostami Einsteina-Rosena. W 1935 r. bowiem tych dwóch, a w zasadzie trzech fizyków, bo w pracach na ten temat brał również udział Borys Podolski, stworzyło pierwszy teoretyczny model takiego tunelu, który w telegraficznym skrócie mógłby pojawić się w wyniku połączenia między dwoma czarnymi dziurami.

To połączenie miałoby działać na zasadzie splątania kwantowego. Einstein, Podolski i Rosen tłumaczyli splątanie kwantowe mniej więcej tak: w pewnych sytuacjach cząstki kwantowe, które wcześniej oddziaływały między sobą, mogą natychmiast reagować na zmianę stanu swojego partnera, nawet jeśli ten znajduje się bardzo daleko.

Ten eksperyment myślowy nazywany był paradoksem EPR, gdyż nasza ówczesna wiedza zakładała, że informacje nie mogą być przekazywane z prędkością większą od prędkości światła. Współcześni fizycy udowodnili jednak, że taka sztuczka jest możliwa. Udało się to zaprezentować na parze fotonów stworzonych za pomocą kryształu nieliniowego.

Tak właściwie to ten kryształ tworzy dwa fotony z jednego, ale to już zupełnie inna bajka. Wracając do splątania: fotony z rozdzielonej pary, przesłane do dwóch różnych laboratoriów, nadal są od siebie zależne. Wytrącając jeden z nich z nieokreślonego stanu kwantowego, naukowcy są w stanie przewidzieć stan splątania drugiego fotonu. Czyli jakieś połączenie istnieje...

Niestety w modelu Einsteina Podolskiego i Rosena tak splątane ze sobą czarne dziury tworzyłyby tunele, które zapadałyby się tak szybko, że światło nie byłoby w stanie się z nich wydostać. Koncepcję trzeba było trochę podrasować. W 1980 r. Carl Sagan, szukając pomysłów do swojej książki pt. Kontakt, skontaktował się z Kipem Thorne'em i zapytał, jak można byłoby taki tunel podtrzymać trochę dłużej.

Thorne, po wykonaniu skomplikowanych obliczeń na swoim modelu teoretycznym, zaproponował, że takie połączenie mogłoby utrzymać się dzięki wykorzystaniu materii egzotycznej - kolejnej teoretycznej konstrukcji, której główną właściwością byłaby… niezgodność z klasycznym modelem fizyki.

To znaczy, że mogłaby mieć np. takie cechy, jak ujemną masę czy energię. Brzmi dziwnie, ale mówimy o fizyce kwantowej. Tu nic nie działa do końca normalnie, dlatego też wielu fizyków zaczyna w nią wątpić. Einstein zwykł na przykład mówić wiele razy, że Bóg nie gra w kości.

Wracając jednak do absurdalnej materii egzotycznej. Niektórzy fizycy uważają, że może być ona głównym składnikiem ciemnej energii. Jednym z takich uczonych jest np. prof. Marek Rogatko, który stworzył teoretyczny model, w którym tunele czasoprzestrzenne mogłyby istnieć, podtrzymywane przez materię fantomową o ujemnej energii kinetycznej.

Model stworzony przez polskiego fizyka nie odpowiada jednak na pytanie, co stałoby się z całą materią, która znajdowałaby się w czarnej dziurze w momencie zasilenia jej ciemną energią. Prof. Rogatko podejrzewa, że musiałaby się ona gdzieś wydostać.

Najnowsze badania w tej materii zaprezentować ma niebawem Daniel Jafferis, fizyk z Uniwersytetu Harwarda. Według jego modelu tunele czasoprzestrzenne również istnieją, tyle że… podróż takim tunelem z punktu A do punktu B zdaniem fizyka zajęłaby dłużej, niż lot konwencjonalną trasą. W skrócie (i przed zaprezentowaniem całości badań) spowodowane jest to tym, że tunel czasoprzestrzenny w modelu Jafferisa jest o wiele, wiele dłuższy niż długość kwantowego splątania pomiędzy dwoma czarnymi dziurami, będącymi punktami początkowymi tunelu.

Fizyk uważa jednak, że podróż takim tunelem w jego modelu odpowiada kwantowej teleportacji z wykorzystaniem dwóch splątanych ze sobą czarnych dziur. Jeśli ten model okaże się prawdziwy (o czym raczej nieprędko się przekonamy), to co cała idea podróży międzygwiezdnych z wykorzystaniem czarnych dziur legnie w gruzach.

Niemniej jednak Jafferis uważa, że jego badania rzucą nowe światło na kwestie związane z grawitacją i mechaniką kwantową. Teoria ta zakłada również, że w przyszłości będziemy w stanie odczytać informacje wychodzące z czarnej dziury. O ile będzie ona oczywiście splątana ze swoim bliźniakiem.

Na razie to wszystko brzmi oczywiście jak czarna i w dodatku bezużyteczna magia. Niedawno myśleliśmy jednak tak samo o elektromagnetyzmie i innych zjawiskach, które wykorzystujemy obecnie jako cywilizacja. Zresztą, gdyby nie istnienie kwantowego zjawiska fotoelektrycznego opisanego jeszcze przez Einsteina, nie stworzylibyśmy paneli fotowoltaicznych. O kamerach wideo nie wspominając.

Być może któraś z kolejnych generacji sieci oparta będzie o splątania kwantowe, dzięki czemu nasze osobiste komputery kwantowe będą wyświetlać nam śmieszne memy jeszcze szybciej.

Ten artykuł ukazał się po raz pierwszy na spidersweb.pl 16.04.2019 roku