Megoldotta az időutazás „nagypapa paradoxonát” – állítja egy fizikus

Egy fizikus úgy véli, megoldotta az időutazás hírhedt „nagypapa paradoxonát”. Ha az elképzelés helyes, akkor mégsem zárható ki az időutazás a múltba. De akad egy bökkenő.

Mi a nagypapa paradoxon? Az időutazás nagypapa paradoxonát elég egyszerű elmagyarázni. Tegyük fel, hogy van egy időgépünk és vonzódunk a családi gyilkosságokhoz, visszamehetnénk a múltba, hogy megpróbáljuk megölni a nagyapánkat, mielőtt gyermekei lennének. Ha sikerrel járnánk, a szülőnk nem születne meg, így mi sem születnénk meg, hogy visszamenjünk az időben megölni a saját nagyapánkat. 

Időutazás (illusztráció)
Fotó: SAKKMESTERKE/SCIENCE PHOTO LIBRA / AAT

Időutazás a múltba 

Ez persze csak egy gondolatkísérlet, de olyan, amely arra utal, hogy az időutazás a múltba talán lehetetlen, mivel ellentmondásokhoz vezetne a világegyetemben. Emiatt Stephen Hawking javasolta a kronológiavédelmi sejtést, vagyis azt az elképzelést, hogy léteznek még fel nem fedezett fizikai törvények, amelyek megakadályoznák az időutazást. 

Ennek ellenére, az eddig ismert fizika alapján az időutazás a múltba még nincs kizárva. 

Einstein munkásságából származik az az elképzelés, hogy „zárt időszerű görbék” lehetségesek, ahol a téridő annyira eltorzul (szándékosan vagy természetesen, például egy szupermasszív fekete lyuk körül), hogy egy rajta áthaladó tárgy vagy megfigyelő visszatér a kiindulási pontjára. 

Zárt időszerű görbék 

„Gyakran feltételezik, hogy egy olyan univerzumban, ahol zárt időszerű görbék (closed timelike curve, CTC) léteznek, az emberek 'utazhatnak a múltba'. Felszínesen ez nyilvánvaló következménynek tűnik, mivel (kellően nagy léptékben) egy időszerű görbét tekinthetünk egy hipotetikus űrhajó világvonalának, amely átszeli a téridőt” – írta Lorenzo Gavassino, a Vanderbilt Egyetem fizikusa új tanulmányában.

Ha ez a görbe hurkot képez, az űrhajó visszatér kiindulási pontjára, a saját múltjába. 

Azonban ahhoz, hogy megerősítsük, hogy ez valóban utazás a múltba, először meg kell vizsgálnunk, mi történik az utasokkal (azaz a részecskék makroszkopikus rendszereivel), miközben befejezik a körutat.” 

Entrópia és idő 

A fizika törvényei általában időreverzálisan szimmetrikusak, nagyjából azt jelenti, hogy ugyanúgy néznének ki, ha visszafelé játszanánk le őket. Ez nem igaz azonban a termodinamika második törvényére, amely a világegyetem megfigyelt statisztikai törvénye. Egyszerűen fogalmazva, minden a rendezetlenség felé halad. A hő a meleg területekről a hideg területek felé áramlik, és egy zárt rendszerben az entrópia – egy rendszeren belüli rendezetlenség mértéke – csak növekedhet. 

A termodinamika második törvénye mutatja meg számunkra az idő irányát. Ha egy rendszert látunk a rendezetlenség felé haladni, biztosra vehetjük, hogy előre halad az időben. 

Nem lehet egy főtt tojást „nem megfőtté tenni”. 

A filmtörténet leghíresebb időgépe a Vissza a jövőbe DeLorean autója
Fotó: UNIVERSAL PICTURES - AMBLIN ENTE / Collection ChristopheL via AFP

Mi történne egy űrhajóval az időutazáskor? 

Az új munkában Gavassino megpróbálta leírni, mi történik termodinamikailag, ha egy űrhajó áthalad egy zárt időszerű görbén, és akkor vagy azelőtt jelenik meg, mint amikor elindult. 

Ezen utazás során az entrópiának növekednie kell a termodinamikai egyensúly felé a termodinamika második törvénye szerint, de egy konzisztens világegyetemben vissza is kell térnie a nem-egyensúlyi állapotba, mielőtt belépett az időszerű görbébe. 

Egy instabil részecske példáját véve, amely egy űrhajóban pattog, azt mondja, hogy a fizika törvényei, ahogy mi értjük őket, megkövetelik, hogy a részecske visszatérjen kezdeti állapotába. 

„Ahogy várható, a részecske spontán módon lebomlik t = 0 közelében (t az idő jele), és így marad szinte az egész utazás során. Azonban ahogy t megközelíti a hurok kezdetét, a részecske spontán módon újraépül, ugyanannyi idő alatt, mint amennyi a lebomlásához kellett” – magyarázza Gavassino. „Ez a mechanizmus az energiaszintek diszkretizációjának közvetlen következménye, és nem igényli a kezdeti feltételek finomhangolását.” 

Elvesztenénk minden emléket 

A munkában Gavassino azt sugallja, hogy van egy pont, ahol az entrópia maximalizálódik, „és a termodinamika második törvénye elkezd visszafordulni”. Mindez jól hangzik, de itt a bökkenő; a munka szerint elveszítenénk minden emléket arról, ami a hurok során történt. 

„Az emlékezet sematikusan modellezhető egy interakció eredményeként, ahol egy tárgy nyomokat hagy kezdeti állapotáról egy 'emlékezetőrző' későbbi állapotában, amely lehet mérőeszköz vagy élőlény” – írja. 

Az emlékezetgyűjtési folyamat modellezésével megállapítja, hogy „minden emléket, amelyet a CTC [zárt időszerű görbe] mentén gyűjtünk, a Poincaré-féle követőfüggvény töröl a hurok vége előtt”. 

Lehet, hogy áthaladunk a hurkon, de egy konzisztens univerzumban nem gyűjtünk új információt, és a világegyetem visszajuttat minket a kiindulási helyzetünkbe, az entrópiánk érintetlen marad. 

A nagypapa paradoxon szempontjából a világegyetem olyan módon fejlődne, hogy önmagával konzisztens maradjon, visszajuttatva az időutazókat kezdeti feltételeikhez. 

Önkonzisztencia-elv 

„A legtöbb fizikus és filozófus a múltban azzal érvelt, hogy ha létezik időutazás, a természet mindig talál módot az ellentmondásos helyzetek megelőzésére” – mondta Gavassino a Live Science-nek. 

„Bevezettek egy 'önkonzisztencia-elvet', amely szerint mindennek össze kell hangolódnia, hogy logikailag koherens történetet alkosson. Az én munkám nyújtja az első szigorú levezetését ennek az önkonzisztencia-elvnek közvetlenül a megalapozott fizikából. Konkrétan a kvantummechanika standard keretrendszerét alkalmaztam – további posztulátumok vagy vitatott feltételezések nélkül – és kimutattam, hogy a történelem önkonzisztenciája természetesen következik a kvantumtörvényekből.”  

Bár ez érdekes elképzelés, nem tekinti bizonyítéknak a zárt időszerű görbék lehetséges létezésére.

 

„Inkább az a tanulság, hogy egy hipotetikus univerzumban CTC-kkel, az időutazás nem olyan formában történne, ahogy általában a sci-fikben ábrázolják. Valójában a CTC-ken a termikus fluktuációk elpusztítják a makroszkopikus oksági kapcsolatokat és törlik az összes emléket” – következtet Gavassino. „Ahogy gyakran előfordul, a természet kreatívabb nálunk.”