Mégis megoldható az időutazás nagypapa-paradoxona

Vissza a jövőbe

Kvantummechanikai szimulációjában sikerült egy fotont visszaküldeni a múltba, amely utána létrehozta saját magát. Ha a teszt a valóságban is sikerülne, az a kvantumtitkosítás végét jelenthetné.

Mi történne, ha visszamennék a múltba, és megölném a saját biológiai nagyapámat, mielőtt ő találkozott volna a nagymamámmal? Mivel így se édesapám, se én nem jöhettem volna világra, valójában vissza se utazhatnék a múltba, hogy megöljem - ez az időparadoxonnak vagy nagypapa-paradoxonnak nevezett, kissé morbid csavar több mint 70 éve foglalkoztatja a sci-fi rajongókat és a fizikusokat egyaránt.

Illusztráció a Vissza a jövőbe című fimből Forrás: AFP/Photo12

Einstein elméletei megengedik

1991-ben David Deutsch oxfordi fizikusnak sikerült úgy megoldania Einstein általános relativitáselméletét, hogy az eredmény egy önmagába zárt világvonalat, egy hurkot eredményezett. A világvonal nagyjából ugyanolyan, mint egy térképre berajzolt út, azzal a kiegészítéssel, hogy a tér mellett tartalmazza az időt is. Míg egy klasszikus, zárt útvonal (idő nélkül) olyan, mint egy versenypálya, egy zárt világvonal nem csak térben, de időben is ugyanarra a pontra megy vissza, ahonnan indult: tehát visszautazik a múltba. Forgó fekete lyukak masszív gravitációja esetleg képes lehet olyan mértékben hajlítani a téridőt, hogy az magába forduljon és létrejöhessen egy ilyen hurok, de Stephen Hawking és számos kutatótársa figyelmeztet: a múltba utazó klasszikus testek sértenék az ok-okozat alapvető sorrendjét. Szerintük tehát nem tudunk visszautazni és idő előtt megölni a nagyapánkat. A kvantummechanika törvényei viszont megengedőbbek.

És lőn világosság

Tim C. Ralph professzor szimulációjában a gyilkos unoka helyett egy foton szerepel, amelyet nem a vérontás, hanem inkább a teremtés hajt. A tesztben két résztvevő van: egy foton, valamint egy szerkezet, amely képes előállítani egy fotont. A fotongyártó szerkezetet viszont szintén egy foton indítja be. A csavar ott rejtőzik, hogy ezt a rendszert egy zárt időszerű hurokba fűzik, így a legyártott foton képes visszamenni az időben, hogy bekapcsolja a szerkezetet, amely létrehozta őt. A rendszerben tehát összesen egy darab foton van - a gyártó és a termék egy és ugyanaz. Mikroszkopikus időutazó zseblámpáról van tehát szó, amelyet a saját fénye kapcsol be.

A kvantummechanikában Heisenberg szerint a hely és a sebesség egyszerre nem határozható meg pontosan. Az adott részecske tulajdonságai sok különböző lehetőség összemosódásából állnak össze, így klasszikus értelemben nem tudunk teljes biztonsággal állításokat tenni arra vonatkozólag, hogy hol van, vagy hová megy. Ez a határozatlanság viszont kapóra jön az időutazáshoz: a foton 50%-os valószínűséggel jön létre, majd ugyanilyen valószínűséggel visszamegy az időben, majd újra 50%-os valószínűséggel bekapcsolja a gépet és megteremti saját magát. Lefordítva ez azt jelenti, hogy a "gyilkos" 50%-os valószínűséggel születik meg, 50%, hogy visszamegy az időben, a nagypapának pedig 50% esélye van, hogy túléli a támadást. Ez klasszikus fizikának engedelmeskedő emberekkel nem történhet meg, de a kvantummechanikai törvényeket szigorúbban követő részecskékkel talán mégis.

Egyelőre csak szimuláció

Fontos viszont hangsúlyozni, hogy Ralph - aki matematikai fizikával foglalkozik - a kísérletet csak szimulációban futtatta le, valójában nem történt kvantummechanikai időutazás sem. Csoportjával pusztán azt igyekszik bizonyítani, hogy elméletileg lehetséges-e egy ilyen szituáció. Szimulációjukban az eredeti ötlet egy továbbfejlesztett, gyakorlatiasabb változata szerepelt: időutazás előtt a foton egy tökéletes klónját hozzák létre, majd azt küldik át a zárt időszerű hurkon. Így összehasonlítható a bejáratnál várakozó eredeti foton azzal, amelyik már megjárta a hurkot. "A foton állapota, amelyet a kimeneten, azaz a zárt időszerű hurok végén kaptunk, ugyanolyan volt, mint a hurok bejáratánál" - magyarázza Ralph - "Természetesen a valóságban nem küldtünk vissza semmit sem az időben, de a szimuláció segít, hogy olyan furcsa jelenségeket tanulmányozzunk, amelyeket a kvantummechanika általános esetben nem enged meg."

Felkavart kvantuminformatika

Ralph doktorandusza, Martin Ringbauer szerint ha tényleg lehetne kvantumállapotokat klónozni, azzal felboríthatnák a Heisenberg féle határozatlansági relációt, amely ellehetetlenítené a kvantumtitkosítást. Ekkor a szuperbiztos módszerek is könnyen feltörhetővé válnának, átvitt értelemben mintha egy tolvaj visszamenne az időben, hogy lelesse a kódot. De nem csak rossz oldala van a kvantummechanikai időutazásnak, a zárt időszerű hurkok teljesen átírnák a kvantuminformatika törvényeit is. Deutsch elmélete - amelyre Ralphék alapoznak - viszont egyelőre nem áll biztos lábakon. Az MIT kutatója, Seth Lloyd úgy véli, nem olyan egyértelmű a múltba küldözgetni a kvantummechanikai részecskéket, ahogy ők hiszik. Szerinte egy Deutsch elméletének engedelmeskedő részecske könnyen lehet, hogy időutazás után egy teljesen másik univerzumban találná magát, olyanban, amelynek semmi köze az eredetihez.

Lloyd saját modellt is alkotott, amely szorosabban hozzáköti a részecskét annak eredeti univerzumához, így az nem találja magát meglepetésszerűen egy új valóságban. Jelenleg viszont még az ő elmélete sem teljes. "Fogalmam sincs, hogy valójában melyik modell a helyes. Könnyen lehet, hogy mindkettőnké rossz. Az is elképzelhető, hogy Hawkingnak van igaza és zárt időszerű hurkok egyszerűen nem létezhetnek." - vallja be töredelmesen.