40 lat błędnych założeń. Jedno badanie obaliło teorię o czarnych dziurach

Czy czarne dziury mogą służyć jako kosmiczne wehikuły czasu? Według najnowszych badań opublikowanych w Physical Review Letters – tak, ale z pewnymi ograniczeniami. Zespół fizyków z MIT i Cornell University obliczył, ile informacji można przesłać w przeszłość przez wirującą czarną dziurę. Wyniki są zaskakujące: dotychczasowe modele pomijały kluczowy element – pamięć nadawcy.

Zakrzywienie czasu i przestrzeni

→ Czytaj też: Zaskakujące odkrycie w kamieniu z Iranu. Natura zrobiła to, czego fizycy nie potrafią

Albert Einstein przewidział w ogólnej teorii względności, że w ekstremalnie zakrzywionej czasoprzestrzeni mogą powstawać tzw. zamknięte krzywe czasopodobne (closed timelike curves). To pętle, które pozwalają podróżować w czasie – przynajmniej w teorii. Jak wyjaśniają naukowcy w Scientific American, w przypadku wirującej czarnej dziury osobliwość – punkt o nieskończonej gęstości – ma kształt pierścienia. Wokół niego mogą tworzyć się zamknięte krzywe czasopodobne.

– Czasoprzestrzeń może zakrzywić się tak bardzo, że spokojnie podróżując w przyszłość, nagle spotykasz siebie w przeszłości – mówi Seth Lloyd, fizyk kwantowy z MIT i współautor badania.

Do niedawna sądzono, że takie struktury są czysto teoretyczne i nie mają praktycznego znaczenia. Nowe obliczenia pokazują coś innego.

Pamięć nadawcy zmienia wszystko

→ Czytaj też: Światło zachowuje się jak kwantowy hamulec. Co to oznacza dla twojego komputera?

Inspiracją dla badaczy był film Interstellar. – Na początku 2025 roku obejrzałem film, w którym astronauta wysyła wiadomość do swojej córki w przeszłości – opowiada Kaiyuan Ji, doktorant z Cornell University. – Zdałem sobie sprawę, że ta fabuła jest matematycznie równoważna pytaniu, które zadawaliśmy wcześniej.

Zespół postanowił sprawdzić, jak najlepiej wykorzystać zamknięte krzywe czasopodobne do transmisji informacji. Kluczowa różnica w stosunku do zwykłej komunikacji w czasie przyszłym? Nadawca pamięta, co wydarzyło się wcześniej. – To tworzy pętlę przyczynową – tłumaczy Ji. – Można nagiąć prawdopodobieństwo sukcesu.

Naukowcy założyli, że kanał komunikacyjny jest zaszumiony – część informacji ginie po drodze. Jednak pamięć nadawcy pozwala to zrekompensować. – Odbiorca w przeszłości może powiedzieć: „Hej, jeśli wyślesz mi wiadomość w zeszły wtorek, wiem, że wtedy kanał był bardzo zaszumiony. Wyślij kilka kopii albo spróbuj w środę” – uzupełnia Lloyd.

Co dalej? Kwantowe skoki i nowa fizyka

Wyniki mają bezpośrednie przełożenie na komputery kwantowe. Giulio Chiribella, fizyk kwantowy z University of Hong Kong, który nie brał udziału w badaniu, komentuje: – Nie wiemy, czy te krzywe istnieją w naszym wszechświecie, ale wiemy, że jeśli istnieją, mają potężne konsekwencje. Mogą umożliwić nowe scenariusze, w których porządek zdarzeń staje się nieokreślony, co zwiększa moc obliczeniową i komunikacyjną.

Co ważne, zamknięte krzywe czasopodobne nie pozwalają na paradoksy typu „zabójstwo dziadka”. Eksperyment z 2011 roku, w którym Lloyd brał udział, symulował taką pętlę w laboratorium i wysłał foton w przeszłość o ułamek sekundy. Fizyka kwantowa dopuszcza tylko samospójne wersje podróży w czasie. Innymi słowy: można odwiedzić przeszłość, ale nie można jej zmienić.

Badanie opublikowane w Physical Review Letters to dopiero początek. Kolejnym krokiem będzie sprawdzenie, czy takie struktury rzeczywiście istnieją w naturze. Wszechświat pełen jest wirujących czarnych dziur – jeśli zamknięte krzywe czasopodobne są realne, to gdzieś tam, w głębi kosmosu, informacja może płynąć wbrew strzałce czasu.