Zapomnijcie o Interstellar i widowiskowych skokach przez galaktyki. Przez niemal wiek żyliśmy w błędzie co do jednej z najbardziej fascynujących koncepcji fizyki teoretycznej. Tunele czasoprzestrzenne mogą nie istnieć, ale naukowcy odkryli, iż skrywają one coś głębszego na temat czasu i Wszechświata.
Jak przekonuje Enrique Gaztanaga na łamach The Conversation, słynne tunele czasoprzestrzenne, które w naszej wyobraźni łączą odległe zakątki kosmosu, prawdopodobnie w ogóle nie są tunelami. Najnowsze badania sugerują, iż Most Einsteina-Rosena to coś znacznie bardziej fundamentalnego i paradoksalnie jeszcze dziwniejszego: to lustro, w którym czas przegląda się w swojej własnej, odwróconej wersji.
Wielka pomyłka popkultury i 90 lat nieporozumień
Wszystko zaczęło się w 1935 r., kiedy Albert Einstein i Nathan Rosen opublikowali pracę opisującą matematyczny most łączący dwa identyczne płaty czasoprzestrzeni. Przez dekady science-fiction karmiło nas wizją, w której taki obiekt jest portalem, skrótem pozwalającym ominąć miliony lat świetlnych podróży.
Jednak, jak zauważa Gaztanaga, pierwotnym celem genialnych fizyków wcale nie było budowanie międzygwiezdnych autostrad. Chcieli oni po prostu zrozumieć, jak cząstki zachowują się w ekstremalnej grawitacji i jak pogodzić ogólną teorię względności z mechaniką kwantową.
Badając zachowanie cząstek w obszarach o ekstremalnej grawitacji, Einstein i Rosen wprowadzili coś, co nazwali mostem: matematyczne połączenie między dwiema idealnie symetrycznymi kopiami czasoprzestrzeni. Nie miał on służyć jako droga do podróży, ale jako sposób na zachowanie spójności między grawitacją a fizyką kwantową – wyjaśnia Enrique Gaztanaga.
Wizja tunelu (wormhole) pojawiła się dopiero pod koniec lat 80. jako efekt spekulacji, które choć matematycznie kuszące, gwałtownie zderzyły się z brutalną rzeczywistością fizyki. Zgodnie z teorią względności, taki most zapada się szybciej, niż mogłoby go pokonać światło, co czyni go nieprzekraczalnym i w praktyce nieobserwowalnym.
W najnowszym artykule opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie Classical and Quantum Gravity, zespół badaczy pod kierownictwem Enrique Gaztanaga proponuje rewolucyjną reinterpretację. Zamiast widzieć w Moście Einsteina-Rosena fizyczny tunel, naukowcy dostrzegają w nim mechanizm spajający dwie mikroskopijne strzałki czasu.
To prawdziwy przełom w myśleniu o strukturze rzeczywistości.
Lustrzane odbicie czasu
Większość fundamentalnych praw fizyki nie rozróżnia przeszłości od przyszłości ani strony lewej od prawej. jeżeli czas lub przestrzeń zostaną odwrócone w równaniach, prawa pozostają ważne. Równania działają tak samo dobrze, gdy czas płynie do przodu, jak i wstecz.
Zdaniem naukowców to właśnie poważne potraktowanie tych symetrii prowadzi do innej interpretacji mostu Einsteina-Rosena. Zamiast tunelu przez przestrzeń, można go rozumieć jako dwa uzupełniające się elementy stanu kwantowego. W jednym czas płynie naprzód; w drugim cofa się.
Most Einsteina-Rosena ma być punktem styku tych dwóch światów. To nie przejście do innego miejsca w przestrzeni, ale połączenie między stanem, w którym czas płynie normalnie, a jego lustrzanym odbiciem, gdzie czas cofa się z perspektywy naszego obserwatora.
Most wyraża fakt, iż oba składniki czasu są potrzebne do opisania kompletnego układu fizycznego. W typowych sytuacjach fizycy ignorują składnik odwrócony w czasie, wybierając pojedynczą strzałkę czasu. Jednak w pobliżu czarnych dziur, czy w rozszerzających się i zapadających wszechświatach, oba kierunki muszą być uwzględnione dla spójnego opisu kwantowego. To właśnie tutaj naturalnie powstają mosty Einsteina-Rosena.
Wykazaliśmy, iż pierwotny most Einsteina-Rosena wskazuje na coś o wiele dziwniejszego i bardziej fundamentalnego niż tunel czasoprzestrzenny. Mechanika kwantowa rządzi naturą w najmniejszych skalach, takich jak cząsteczki, podczas gdy ogólna teoria względności Einsteina ma zastosowanie do grawitacji i czasoprzestrzeni. Pogodzenie tych dwóch zjawisk pozostaje jednym z największych wyzwań fizyki. Nasza reinterpretacja może wskazać drogę do tego celu – podkreśla naukowiec.
Więcej na Spider’s Web:
Rozwiązanie zagadki, która spędzała sen z powiek Hawkingowi
Ta nowa perspektywa pozwala na eleganckie rozwiązanie słynnego paradoksu informacyjnego czarnej dziury, z którym w 1974 r. zmierzył się Stephen Hawking. Hawking wykazał, iż czarne dziury parują, co sugerowało, iż wpadająca do nich informacja zostaje bezpowrotnie zniszczona, co z kolei łamie święte zasady mechaniki kwantowej.
Gaztanaga wyjaśnia, iż paradoks znika, jeżeli uwzględnimy obie strzałki czasu. Informacja nie ginie w nicości; po dotarciu do horyzontu zdarzeń, który dla nas jest punktem bez powrotu, kontynuuje ona swoją ewolucję, ale wzdłuż przeciwnej, lustrzanej osi czasu.
Paradoks pojawia się tylko wtedy, gdy upieramy się przy opisywaniu horyzontów dzięki pojedynczej, jednostronnej strzałki czasu, ekstrapolowanej do nieskończoności, a tego założenia sama mechanika kwantowa nie wymaga. jeżeli pełny opis kwantowy obejmuje oba kierunki czasowe, nic tak naprawdę nie ginie. Informacja opuszcza nasz kierunek czasowy i pojawia się ponownie wzdłuż odwróconego kierunku. Pełnia i przyczynowość zostają zachowane, bez odwoływania się do egzotycznej, nowej fizyki – podkreśla badacz.
Enrique Gaztanaga dodaje, iż idee te są trudne do zrozumienia, ponieważ jesteśmy istotami makroskopowymi, które doświadczają tylko jednego kierunku czasu. W skali dnia codziennego nieporządek (entropia) ma tendencję do wzrostu. Stan wysoce uporządkowany naturalnie ewoluuje w stan nieuporządkowany, nigdy na odwrót. To dlatego odczuwamy, iż czas płynie tylko w jedną stronę.
Mechanika kwantowa dopuszcza jednak bardziej subtelne zachowania. Co intrygujące, dowody na istnienie tej ukrytej struktury mogą już istnieć. Kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, pozostałość po Wielkim Wybuchu, wykazuje niewielką, ale trwałą asymetrię : preferencję jednej orientacji przestrzennej nad jej lustrzanym odbiciem. Ta anomalia intryguje kosmologów od dwóch dekad. Modele standardowe przypisują jej niezwykle niskie prawdopodobieństwo, chyba iż uwzględni się lustrzane elementy kwantowe – zaznacza Enrique Gaztanaga.
Wielki Wybuch nie był początkiem
Strzałka czasu, czarne dziury, horyzonty zdarzeń, mikrofalowe promieniowanie tła – jeżeli jeszcze nie zakręciło się Wam w głowie, to uprzedzam, iż najlepsze naukowcy zostawili na koniec.
To, co nazywamy Wielkim Wybuchem, mogło nie być absolutnym początkiem, ale odbiciem, kwantowym przejściem między dwiema odwróconymi w czasie fazami ewolucji kosmicznej. W takim scenariuszu czarne dziury mogłyby pełnić rolę mostów nie tylko między kierunkami czasu, ale także między różnymi epokami kosmologicznymi. Nasz Wszechświat mógłby być wnętrzem czarnej dziury, która powstała w innym, macierzystym kosmosie. Mogła ona powstać, gdy zamknięty obszar czasoprzestrzeni zapadł się, odbił i zaczął się rozszerzać, stając się Wszechświatem, który obserwujemy dzisiaj – napisali autorzy nowego odkrycia.
Dodają oni, iż „z tego punktu widzenia Wielki Wybuch wyewoluował z warunków poprzedzającej go kontrakcji. Tunele czasoprzestrzenne nie są konieczne: most jest czasowy, a nie przestrzenny, a Wielki Wybuch staje się bramą, a nie początkiem”.
W tym scenariuszu to, co nazywamy ciemną materią, może być w rzeczywistości reliktami z poprzedniej fazy wszechświata, które przetrwały ten kwantowy przeskok.
Rewolucja w fizyce
Ja zaznacza Enrique Gaztanaga ta reinterpretacja mostów Einsteina-Rosena nie oferuje żadnych skrótów przez galaktyki, żadnych podróży w czasie ani tuneli czasoprzestrzennych czy hiperprzestrzeni rodem z science fiction. To, co oferuje, jest o wiele głębsze. Oferuje spójny kwantowy obraz grawitacji, w którym czasoprzestrzeń ucieleśnia równowagę między przeciwstawnymi kierunkami czasu i gdzie nasz wszechświat mógł mieć historię przed Wielkim Wybuchem.
Jeśli Gaztanaga i jego koledzy mają rację, kolejna rewolucja w fizyce nie zabierze nas do innej galaktyki w mgnieniu oka, ale pozwoli nam zrozumieć, iż czas w swojej najgłębszej, mikroskopijnej naturze, płynie w obie strony jednocześnie.
Enrique Gaztanaga to ceniony profesor astrofizyki i kosmologii, który dzieli swoją pracę naukową między Instytut Nauk o Kosmosie (ICE-CSIC) w Barcelonie a Instytut Kosmologii i Grawitacji na Uniwersytecie w Portsmouth. Jego badania koncentrują się na największych zagadkach wszechświata, takich jak natura ciemnej materii, ciemnej energii oraz ewolucja struktur kosmicznych. Jako dyrektor projektu PAU Survey oraz koordynator naukowy misji kosmicznej ESA ARRAKIHS, Gaztanaga odgrywa kluczową rolę w mapowaniu nieba i testowaniu fundamentalnych praw fizyki. Za swoje wybitne osiągnięcia naukowe i wkład w popularyzację wiedzy został wyróżniony prestiżowymi nagrodami, w tym honorowym tytułem Freedom of the City of London.
