Putovanje kroz vrijeme jedna je od najprivlačnijih ideja znanstvene fantastike, ali novi matematički dokaz mogao bi ozbiljno ograničiti mogućnosti takvog pothvata. Kineski fizičar Hongsheng Zhang predstavio je dokaz od samo tri retka kojim pokazuje da u širokoj skupini mogućih svemira nije moguće stvoriti vremensku petlju i vratiti se u trenutak iz kojeg je putovanje započelo.

Istraživanje se temelji na matematičkom alatu koji znanstvenici već dugo koriste za proučavanje širenja svjetlosti, poznatom kao nul-eikonalna jednadžba. Zhang, fizičar sa Sveučilišta Jinan u Kini, iskoristio je njezina svojstva kako bi razvio jednostavan matematički argument protiv mogućnosti zatvorenih vremenskih petlji.

Njegov dokaz počiva na jednoj činjenici – smjer kretanja svjetlosti ne može biti okomit na vremenski smjer kretanja nekog putnika ili čestice. Iz toga proizlazi da određena matematička veličina mora neprestano rasti tijekom svakog mogućeg putovanja. Ako se njezina vrijednost stalno povećava, putnik se ne može vratiti u potpuno isti događaj iz kojeg je krenuo.

Drugim riječima, u takvim svemirima moguće je kretati se samo prema budućnosti. Povratak u prošlost bio bi jednako nemoguć kao vožnja jednosmjernom ulicom u suprotnom smjeru bez mogućnosti okretanja.

“Dokaz se sastoji od samo tri retka i koristi točno jednu činjenicu o smjerovima: smjer nalik svjetlosnom nikada ne može biti okomit na vremenski smjer putnika”, objasnio je Zhang za ScienceAlert.

Dodao je da iz toga proizlazi kako određena funkcija mora rasti tijekom svakog mogućeg putovanja, zbog čega povratak na početni događaj nije moguć.

Četvrti način dokazivanja nemogućnosti putovanja kroz vrijeme

Zhangov pristup nadopunjuje tri postojeće skupine matematičkih kriterija kojima fizičari pokušavaju utvrditi mogu li u nekom svemiru postojati zatvorene vremenske petlje.

Prva skupina temelji se na vremenskim funkcijama. Ako je moguće definirati univerzalni sat koji neprestano ide prema naprijed duž svakog mogućeg puta, povratak u prošlost nije moguć.

Druga se odnosi na energetske uvjete. Prema tim kriterijima, gravitacija i energija moraju zadovoljavati određena pravila koja isključuju vremenske petlje jer bi njihovo stvaranje zahtijevalo negativnu energiju ili egzotičnu materiju.

Treća skupina temelji se na topologiji, odnosno geometrijskom obliku i povezanosti prostor-vremena. Ona proučava kako bi struktura svemira mogla omogućiti ili onemogućiti stvaranje zatvorenih vremenskih putanja.

Novi dokaz predstavlja četvrti pristup. Njegova je prednost u tome što omogućuje relativno jednostavno matematičko isključivanje određenih scenarija putovanja kroz vrijeme, bez potrebe za složenim proračunima koji obuhvaćaju čitav svemir.

Zhang ističe da se pritom ne mora polaziti od pretpostavki o kvantnim učincima, ekstremnim energetskim uvjetima ili singularitetima. Ključ je u matematičkom odnosu između različitih smjerova u prostor-vremenu.

Postoje scenariji koji ostavljaju otvorena vrata

Iako dokaz isključuje zatvorene vremenske petlje u širokoj klasi mogućih svemira, ne znači da je svaka teorijska mogućnost putovanja kroz vrijeme definitivno odbačena.

Sam istraživač opisuje dva moguća načina na koja bi se ograničenja njegova dokaza mogla zaobići. Oba uključuju neobičnu geometriju prostora ivremena, odnosno mogućnost da se ono na određenim mjestima presavije samo na sebe.

Prvi scenarij odnosi se na područje oko masivne rotirajuće crne rupe, gdje bi ekstremna gravitacija i rotacija mogle izazvati takvo zakrivljenje prostor-vremena da nastane zatvorena vremenska putanja.

Druga mogućnost povezana je s topologijom svemira. Ako je njegova ukupna struktura oblikovana na način koji omogućuje da se prostor-vrijeme na velikoj skali vraća samo na sebe, teoretski bi mogle nastati vremenske petlje.