O nouă teorie din fizică explică de ce călătoria în timp este imposibilă

Un nou studiu de fizică teoretică, publicat în revista Optica, ajunge la concluzia că, din perspectiva unei unde, nu se schimbă nimic în ceea ce priveşte impulsul său la trecerea dintr-un mediu în altul, acesta fiind conservat, conform unui material publicat joi de sciencealert.com, citat de Agerpres.

Atunci când străbate liberă nemărginitul spaţiu cosmic, lumina parcurge în mod constant distanţa de 299.792.458 de metri în fiecare secundă. Nici mai mult, nici mai puţin. Toate acestea se schimbă atunci când această undă electromagnetică este obligată să traverseze câmpurile electromagnetice ce înconjoară acumulările de materie. Cu cât acumulările de materie sunt mai masive, cu atât viteza luminii scade mai mult, putând ajunge la o aparentă imobilitate în cazul apropierii de găurile negre.

Putem observa acest fenomen atunci când lumina călătoreşte, spre exemplu, printr-un pahar cu apă, sau în uimitoarea separare a acestor unde electromagnetice într-un curcubeu.

În timp ce fizicienii pot descrie această întârziere folosind ecuaţii din secolul al XIX-lea care prezintă comportamentul luminii şi electromagnetismul, ei nu pot surprinde încă în mod adecvat modificarea bruscă a vitezei de propagare a luminii la trecerea prin medii diferite în măsurarea undelor fizice.

Un trio de fizicieni de la Universitatea Tampere (Finlanda) a propus o potenţială soluţie la această problemă, însă nu înainte de a reconsidera anumite principii fundamentale cu privire la progresul undei de lumină prin timp şi printr-o singură dimensiune a spaţiului.

„Practic, am descoperit o modalitate foarte interesantă de a deriva ecuaţia de undă standard în 1+1 dimensiuni”, a declarat coordonatorul acestui studiu, Matias Koivurova, în prezent la Universitatea Finlandei de Est. „Singura presupunere de care am avut nevoie este că viteza undei este constantă. Apoi m-am gândit: dar ce-ar fi dacă nu este tot timpul constantă? Iar aceasta s-a dovedit a fi o întrebare foarte bună”.

Viteza luminii (c) este limita universală a vitezei cu care informaţia se deplasează prin vid. Chiar dacă materia poate încetini efectiv călătoria unei particule, teoria specială a relativităţii arată că această proprietate fundamentală nu se poate schimba cu adevărat.

Matias Koivurova, alături de colegii săi Charles Robson şi Marco Ornigotti, au trecut peste acest adevăr incomod pentru a lua în considerare consecinţele unei ecuaţii de undă standard în care o undă luminoasă arbitrară poate accelera. Iniţial, soluţia lor nu avea prea mult sens. Abia când au adăugat în ecuaţie o viteză constantă pentru a avea un cadru de referinţă, piesele acestui puzzle s-au îmbinat perfect.

Dacă trimitem o navă spaţială în profunzimile cosmosului cu mare viteză, pasagerii acestei nave vor experimenta timpul şi distanţa în mod diferit faţă de observatorii care le urmăresc călătoria de la distanţă. Acest contrast se produce în contextul relativităţii, o teorie care a fost testată şi retestată cu succes, de numeroase ori, şi la diferite scale.

Examinând o undă accelerată faţă de constanta vitezei luminii, efectele soluţiei propusă de echipă la ecuaţia de undă strandard sunt aceleaşi cu cele impuse de relativitate. Studiul lor poate avea implicaţii importante pentru dezbaterea cu privire la creşterea sau descreşterea impulsului unei unde de lumină la trecerea într-un nou mediu.

„Am arătat că, din perspectiva undei, nu se întâmplă nimic din punctul de vedere al impulsului său. Cu alte cuvinte, impulsul undei este conservat”, susţine Koivurova.

Indiferent de natura undei, dacă aceasta este un câmp electromagnetic, o undă pe suprafaţa unui lac sau vibraţia unei corzi, relativitatea şi conservarea impulsului trebuie luate în considerare în ecuaţie pe măsură ce viteza creşte. Această generalizare avea să aibă o altă consecinţă destul de remarcabilă, deşi uşor dezamăgitoare: Fie că este vorba despre curajoşii exploratori spaţiali care zboară spre Alpha Centauri cu o fracţiune din viteza luminii, fie că este vorba de familiile lor rămase pe Terra şi care îmbătrânesc încet în aşteptare, timpul lor va trece la fel. Timpul celor care zboară prin spaţiu ar putea să nu corespundă cu al celor rămaşi pe Pământ în ceea ce priveşte lungimea unei secunde, dar ceasurile de la bordul navetei spaţiale şi cele de acasă vor continua să reprezintă instrumente de încredere pentru a măsura timpul în cadrul în care se află.

Dacă toate undele respectă principiul relativităţii în ceea ce priveşte timpul, susţin fizicienii, atunci orice fizică guvernată de unde trebuie să aibă o direcţie temporală strictă – direcţie care nu poate fi niciodată inversată şi astfel ideea călătoriei înapoi în timp rămâne o imposibilitate. Cel puţin în acest Univers, guvernat de acest set de legi.

Deocamdată ecuaţiile au fost rezolvate pentru o singură dimensiune a spaţiului (şi timpului). Este necesară desfăşurarea unor noi experimente pentru a verifica dacă această perspectivă asupra undelor îşi păstrează validitatea.