TLDR: Fyzici navrhli model gravitace, který by mohl zabránit paradoxům cestování časem. Má ale problém – je nestabilní. Studie tuna.

Nakoupit včas bitcoiny, hodit po Gavrilu Principovi bagetu, probojovat se v dětství do národního kola Matematického klokana – důvody, proč bychom chtěli cestovat časem, máme asi všichni! Problém je, že dobrý důvod, proč to asi nejde, má i fyzika…

Myšlenkovou zábranou je klasický paradox dědečka – návratem do minulosti byste totiž mohli vytvořit podmínky pro situaci, která by zabránila samotnému vašemu návratu! Nová studie v Physical Review D ale naznačuje, že by podobným časovým kotrmelcům mohla bránit také samotná gravitace!

„Jak se na cesty časem dívá fyzika?“

Moc dobře ne! Ale Einsteinova obecná relativita připouští zvláštní matematická řešení, v nichž se časoprostor zakřiví natolik, že vzniknou uzavřené časupodobné křivky. To jsou dráhy, po nichž by se hypotetický cestovatel mohl vrátit do vlastní minulosti, přestože by jeho osobní čas po celou cestu normálně postupoval vpřed…

Což je poněkud eklhaft z hlediska kauzality, viz ten paradox dědečka! Člověk by mohl nastoupit do stroje času, vrátit se před vlastní narození a dědečkovi poněkud zkomplikovat reprodukční plány. A pokud by se tím zabránilo jeho narození, kdo by se vlastně vrátil, aby dědečka ohrozil?

Samože existují i jiné možné odpovědi – třeba že minulost nejde změnit. Stephen Hawking ale už v roce 1992 navrhl elegantnější řešení – hypotézu ochrany chronologie. Podle ní fyzikální zákony prostě nedovolí, aby časové smyčky vůbec vznikly! Jenže je rozdíl mezi tím něco předpokládat a ukázat, jak přesně by to vesmír zařídil…

„A jak by to mohl přesně zařídit?“

Fyzici Moustafa Ismail a David Mattingly z University of New Hampshire to zkusili vyřešit skrz alternativní popis gravitace, takzvanou metricky-afinní teorii. Ta na rozdíl od Einsteinovy relativity umožňuje volnější vztah mezi dvěma matematickými vlastnostmi časoprostoru – metrikou, která určuje vzdálenosti a časové intervaly, a konexí, která popisuje, jak se v něm mění směry…

To vědátorům v zásadě dalo prostor přidat gravitaci novou geometrickou vlastnost. Svému modelu přezdívají MAGIC, čili Metric-Affine Gravity Imposing Chronology. A jak název napovídá, má v podstatě zajistit, aby časoprostor dodržoval pravidla chronologie! Model totiž za určitých předpokladů vytváří jakýsi vnitřní kosmický čas. Ten by fungoval jako univerzální hodiny, jejichž hodnota musí podél každé možné dráhy člověka či částice neustále růst.

Pokud byste se tedy pokusili obletět časoprostorovou smyčku a vrátit se do vlastního včerejška, narazili byste na matematický rozpor. Nemůžete se vrátit do výchozí události se stejným časem, když váš čas po celou cestu jenom rostl! Není to tedy záhadná síla, která by váš stroj času zastavila v půli cesty. Taková dráha by v příslušné geometrii vůbec nemohla existovat.

„Takže dědeček je zachráněn?“

Inu, zatím nevíme. A možná by dědeček měl začít být nervózní i z jiného důvodu! MAGIC má totiž jeden dost zásadní problém – krom dvou běžných způsobů gravitačních fluktuací známých z obecné relativity předpovídá ještě třetí, skalární mód. A ten se v analyzovaném kosmologickém scénáři nechová zrovna spořádaně.

Drobné poruchy v něm totiž mohou exponenciálně růst, přičemž ty s kratší vlnovou délkou rostou rychleji. Jde o takzvanou gradientní nestabilitu – a ta je pro teorii, která má popisovat stabilně fungující vesmír, poněkud suboptimální vlastností!

Autoři navíc zatím dokázali požadovanou ochranu chronologie jen za určitých předpokladů. Aby časové smyčky vyloučili skutečně všude, potřebují ještě další podmínku pro globální strukturu časoprostoru, kterou zatím jejich model sám nezaručuje. Jinými slovy, MAGIC možná dokáže vyřešit jeden kosmický problém, ale současně si vyrábí jiný, potenciálně ještě otravnější. Což je u fyziky vlastně docela tradiční postup!

„Co tedy fyzici zjistili?“

Výzkum nedokazuje, že cestování do minulosti není možné. Ukazuje ale určitou matematickou cestu, jak by fyzikální zákony mohly paradoxům předcházet – a to přímo prostřednictvím geometrie gravitace, nikoliv dodatečným zákazem přilepeným na Einsteinovy rovnice.

Dalším krokem bude pokusit se nový skalární mód stabilizovat, aniž by se tím zničil mechanismus ochrany chronologie. Teprve pak by bylo možné řešit, jestli MAGIC může fungovat jako skutečně použitelná alternativa k obecné relativitě.

Zatím je tak tahle cesta vachrlatá asi jako moje pozice v Matematickém klokanovi na základce. Ale i kdyby se nakonec ukázalo, že MAGI​C realitu nepopisuje, podobné modely nám pomáhají pochopit, co všechno by gravitace musela splňovat, aby časové paradoxy skutečně znemožnila. A třeba jednou zjistíme nejen to, proč se nikdo nemůže vrátit v čase a zabít dědečka – ale také proč se nikdo nebude moct vrátit, aby odhalil, že jsem tehdy opisoval!

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]