Η βαρύτητα ίσως προστατεύει το Σύμπαν από τα παράδοξα του χρόνου

Φυσικοί βρήκαν έναν μαθηματικό τρόπο για να αποτραπούν τα παράδοξα του ταξιδιού στον χρόνο, όμως η λύση τους συνοδεύεται από μια σοβαρή αδυναμία: μπορεί να προκαλέσει εκθετική αύξηση μικρών διαταραχών στον χωροχρόνο.

Η μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Physical Review D, έρχεται να απαντήσει σε ένα παλιό θεωρητικό πρόβλημα. Αν κάποιος ταξίδευε πίσω στον χρόνο και σκότωνε τον παππού του πριν αποκτήσει παιδιά, θα δημιουργούσε ένα λογικό αδιέξοδο: χωρίς απόγονο, δεν θα υπήρχε ο ίδιος για να κάνει το ταξίδι.

Ο Στίβεν Χόκινγκ είχε προτείνει το 1992 τη λεγόμενη εικασία προστασίας της χρονολογίας, σύμφωνα με την οποία οι νόμοι της φυσικής δεν επιτρέπουν την εμφάνιση κλειστών χρονοειδών καμπυλών. Ωστόσο, παρότι οι υπολογισμοί του ενίσχυαν αυτή την ιδέα, δεν έχει αποδειχθεί ότι το Σύμπαν την επιβάλλει στην πράξη.

Η γενική θεωρία της σχετικότητας, το καλύτερο πλαίσιο που διαθέτουμε για τη βαρύτητα, επιτρέπει ορισμένες παράξενες διαμορφώσεις του χωροχρόνου, ανάμεσά τους και τις κλειστές χρονοειδείς καμπύλες. Θεωρητικά, τέτοιες διαδρομές θα μπορούσαν να οδηγήσουν έναν ταξιδιώτη πίσω στο παρελθόν του.

Οι Μουστάφα Ισμαήλ και Ντέιβιντ Μάτινγκλι, από το Πανεπιστήμιο του Νιου Χάμσαϊρ, εξέτασαν αν η ίδια η βαρύτητα μπορεί να δίνει τη λύση. Επειδή η γενική σχετικότητα δεν είναι το μόνο πλαίσιο για να περιγραφεί η βαρύτητα, χρησιμοποίησαν μια εναλλακτική προσέγγιση, τη metric-affine gravity.

Σε αυτό το πλαίσιο, η μετρική και η σύνδεση του χωροχρόνου δεν είναι τόσο στενά δεμένες όσο στη γενική σχετικότητα. Έτσι, οι ερευνητές διαμόρφωσαν ένα μοντέλο όπου ο χωροχρόνος έχει εγγενή κατεύθυνση του χρόνου. Υπό τις κατάλληλες συνθήκες, ο χρόνος κινείται πάντα προς τα εμπρός σε κάθε διαδρομή, καθιστώντας αδύνατη την επιστροφή στο παρελθόν.

Το μοντέλο αυτό το ονόμασαν Metric-Affine Gravity Imposing Chronology, δηλαδή MAGIC.

Όμως εδώ εμφανίζεται το πρόβλημα. Στη γενική σχετικότητα, η βαρύτητα μπορεί να μεταβάλλεται με δύο τρόπους, που αντιστοιχούν στους δύο τρόπους με τους οποίους τα βαρυτικά κύματα τεντώνουν και συμπιέζουν τον χώρο. Το MAGIC προσθέτει έναν τρίτο τρόπο μεταβολής, τη βαθμωτή λειτουργία, η οποία όμως δεν συμβαδίζει καλά με ό,τι γνωρίζουμε για τη φυσική.

Στο κοσμολογικό υπόβαθρο που εξέτασαν οι ερευνητές, η βαθμωτή αυτή λειτουργία εμφανίζει αστάθεια βαθμίδας. Αντί οι διαταραχές να διαδίδονται ως σταθερά κύματα, μπορούν να μεγαλώνουν εκθετικά, με τα μικρότερα μήκη κύματος να αυξάνονται πιο γρήγορα.

Αυτό σημαίνει ότι, στη σημερινή του μορφή, το MAGIC δεν μπορεί να αποτελέσει σταθερή περιγραφή του Σύμπαντος.

Αυτό είναι και το μεγαλύτερο εμπόδιο για να θεωρηθεί μια βιώσιμη θεωρία βαρύτητας. Υπάρχουν όμως και άλλοι περιορισμοί.

Πρώτον, το MAGIC θεμελιώνει την προστασία της χρονολογίας μόνο τοπικά. Για να διασφαλιστεί ότι ο χρόνος δεν θα κάνει κύκλους πουθενά στο Σύμπαν, οι ερευνητές πρέπει να κάνουν μια πρόσθετη υπόθεση για τη συνολική δομή του χωροχρόνου, κάτι που δεν έχει αποδειχθεί ότι προκύπτει από το ίδιο το μοντέλο.

Δεύτερον, το μοντέλο έχει σχεδιαστεί ώστε να εμποδίζει τη διάσπαση της μετρικής με τρόπους που θα έκαναν τον χωροχρόνο αδύνατο να περιγραφεί σωστά. Όμως αυτή η δικλείδα ασφαλείας δεν λειτουργεί σε κάθε περίπτωση.

Δεν έχει αποδειχθεί ότι τέτοιες αστοχίες πράγματι εμφανίζονται στο MAGIC, αλλά ούτε και ότι αποκλείονται.

Με άλλα λόγια, πρόκειται για ένα πλαίσιο που σχεδιάστηκε για να κάνει συγκεκριμένα πράγματα, τα οποία ίσως να μην επιτυγχάνει πάντα.

Παρά τα όριά του, το MAGIC δεν παρουσιάζεται ως οριστική απάντηση. Οι ερευνητές το αντιμετωπίζουν ως ένα ενδιαφέρον βήμα προς την κατεύθυνση του πώς η προστασία της χρονολογίας θα μπορούσε να ενσωματωθεί στη βαρύτητα, όχι ως έτοιμη λύση.

Όπως γράφουν, «η σταθεροποίηση της βαθμωτής λειτουργίας χωρίς να χαθεί η χρονοειδής, κλειστή προβολική λειτουργία είναι το φυσικό επόμενο βήμα προς μια φαινομενολογική ολοκλήρωση».

Πηγή: sciencealert.com.