Hiukkaset, jotka juttelevat tulevaisuudelleen

Tässä jotain, mikä saa sinut epäilemään todellisuuden luonnetta: entä jos hiukkaset kommunikoisivat keskenään ajan halki? Ei niin, että ne juttelisivat muiden hiukkasten kanssa eri paikoissa, vaan itsensä kanssa — tulevien versioidensa kanssa, joita ne eivät ole vielä tulleet olemaan.

Löysin tämän tutkimuksen ja jouduin lukemaan sen oikeasti kolme kertaa, ennen kuin ymmärsin. Puhutaan "ajallisen lomittumisen" ilmiöstä, ja se saattaa olla avain yhteen fysiikan sitkeimmistä puzzeleista.

Mitä oikeastaan tapahtuu?

Luultavasti tiedät, että kvanttihiukkaset voivat olla "lomittuneita" — tämä outo yhteys, jossa mitä tapahtuu yhdelle hiukkaselle, vaikuttaa välittömästi toiseen, oli niiden välissä kuinka pitkä matka tahansa. Einstein kutsui sitä "häiritseväksi etätoiminnaksi", eikä ollut väärässä.

Se hienous? Tämä on jo itsessään aika hurjaa. Mittaat yhden lomittuneen hiukkasen, ja tiedät samantien jotain sen parista. Ne ovat kuin kvanttimaailman parhaat ystävät, jotka aina tietävät mitä toinen ajattelee, vaikka olisivat universumin vastakkaisilla puolilla.

Mutta tässä tulee se osa, joka on todella kiinnostava.

Käännekohta: Hiukkaset voivat jutella tulevien versioidensa kanssa

Eräs fyysikko — sellainen, joka alkoi pohtia tätä jo 1990-luvulla — ymmärsi, ettei lomittumisen tarvitse tapahtua kahden eri kvanttijärjestelmän välillä. Se voi tapahtua yhdessä objektissa, eri ajanhetkillä.

Pysähdy hetkeksi.

Hiukkas, joka on olemassa juuri nyt, saattaa olla lomittunut siihen, mitä siitä tulee huomenna. Tai ensi viikolla. Tai kymmenen vuoden päästä. Informaatio, jonka se kantaa nyt, jakaa jonkin mystisen kvanttiyhteyden sen kanssa, mitä se on myöhemmin.

Tätä kutsutaan "ajalliseksi lomittumiseksi", ja se on yksi kiehtovimmista ideoista, joihin olen törmännyt pitkään aikaan.

Miksi tällä on väliä? Mustat aukot vyöryvät

Nyt saatat ajatella: "No joo, mutta mitä siitä?"

Tässä se "mitä siitä": tämä saattaa auttaa meitä lopulta sovittamaan kaksi teoriaa, jotka eivät suostu tulemaan toimeen keskenään — kvanttifysiikka ja Einsteinin painovoimateoria (yleinen suhteellisuusteoria).

Tässä ristiriita. Kvanttifysiikan mukaan informaatiota ei koskaan voi tuhota. Se on perussääntö. Mutta mustat aukot? Ne vaikuttavat tuhoavan kaiken. Heitä jotain mustaan aukkoon, ja kaikki tieto siitä, mitä se oli — omena, fotoni, vanha älypuhelimesi — katoaa ikuisesti.

Tämä on kuuluisa "mustien aukkojen informaatioparadoksi", ja fyysikot ovat raapineet päätään vuosikymmeniä.

Hawking astuu kuvaan

Stephen Hawking osoitti meille jotain ratkaisevaa: mustat aukot eivät ole täysin mustia. Ne säteilevät tavaraa ulos ajan myötä, kunnes lopulta haihtuvat kokonaan. Tämä tarkoittaa, että mustilla aukoilla on kvanttiominaisuuksia.

Mutta tässä on ongelma Hawkingin matematiikassa. Kun mustat aukot haihtuvat, ne vaikuttavat luovan yhä enemmän lomittumista sisä- ja ulkopuolensa välille. Ja tässä tulee se jippo: lomittuminen on "monogamiista".

Mitä se tarkoittaa? No, kvanttimaailmassa, jos hiukkas A on syvästi lomittunut hiukkasen B kanssa, se ei voi olla yhtä syvästi lomittunut hiukkasen C kanssa. Se on kuin kvanttimaailman mustasukkaisuus — et voi jakaa kaikkea kaikkien kanssa.

Joten jos mustat aukot jatkavat yhä uuden lomittumisen luomista haihtuessaan, ne törmäävät lopulta seinään. Ne eivät voi luoda ääretöntä lomittumista, koska universumi ei toimi niin.

Voisiko ajallinen lomittuminen pelastaa meidät?

Tässä kohtaa ajallisen lomittumisen idea alkaa olla jännittävä. Jos hiukkaset voivat olla lomittuneita tulevien versioidensa kanssa, ehkä se avaa uusia mahdollisuuksia sille, miten informaatio voidaan säilyttää ja jakaa.

Ajatus menee näin: jos mustan aukon informaatio voi jotenkin lomittua sen tulevan tilan kanssa, monogamian säännöt saattavat toimia eri tavalla. Informaatiota ei jaeta kahden erillisen järjestelmän välillä — sitä jaetaan ajan halki yhdessä järjestelmässä.

Tämä voisi tarjota väylän sille, miten informaatio voisi paeta mustasta aukosta rikkomatta kvanttisääntöjä.

Miksi pidän tästä niin paljon

Katsotaan, en ole fyysikko, mutta rakastan sitä, miten tällainen saa ajattelemaan todellisuutta eri tavalla. Emme puhu vain hiukkasten olemassaolosta avaruudessa — puhumme niiden olemassaolosta ajan halki tavalla, joka hämärtää rajaa menneisyyden, nykyhetken ja tulevaisuuden välillä.

Siinä on jotain lähes filosofista. Jos hiukkaset voivat olla yhteydessä tuleviin itseensä, mitä se tarkoittaa syy-seuraussuhteelle? Vapaalle tahdolle? Ajan luonteelle?

Fyysikko, joka keksi tämän idean, ei arvannut, että se lopulta yhdistyisi kvanttigravitaation ymmärtämiseen. Hän oli vain utelias mittaamaan kvanttihiukkasten välisiä suhteita. Mutta niin se usein menee suurimpien löytöjen kohdalla — joku seuraa uteliaisuuttaan kaninkoloon, ja vuosia myöhemmin osoittautuu, että se oli juuri sitä mitä tarvittiin.

Kaiken kaikkiaan

Olemme yhä selvittämässä tätä. Tämä ei ole täydellinen ratkaisu kvanttigravitaatioon — se on edelleen yksi fysiikan pyhistä graaleista. Mutta ajatukset kuten ajallinen lomittuminen antavat meille uusia kulmia tutkittavaksi.

Ja rehellisesti? Rakastan sitä, että löydämme yhä jotain perustavanlaatuista siitä, miten universumi toimii. Jokainen sukupolvi luulee keksineensä perusjutut, ja sitten joku esittää villin idean hiukkasista, jotka juttelevat tulevien versioidensa kanssa.

Universumi on outo. Ja minä olen tässä sen todistamassa.