Și dacă spațiul a apărut din timp? Un nou studiu cuantic pune sub semnul întrebării ideile consacrate despre Univers

De peste un secol, fizicienii consideră că spațiul și timpul sunt două fețe ale aceleiași realități, un „țesut” continuu în patru dimensiuni numit spațiu-timp. Această idee stă la baza teoriei relativității a lui Einstein și este considerată fundamentală în fizica modernă. Dar un nou studiu, publicat pe platforma ArXiv, sugerează o idee mai mult decât bizară: ce-ar fi dacă spațiul n-ar fi de fapt fundamental, ci ar apărea din timp?

Un qubit (prescurtare de la „quantum bit”) este cea mai mică unitate de informație cuantică. Poți să te gândești la el ca la un „bit” obișnuit din calculatoare, care poate fi 0 sau 1. Dar qubitul are o calitate specială: poate fi ambele în același timp, într-o stare numită superpoziție. De aceea, qubiții sunt atât de promițători în viitorul computerelor cuantice.

Autorii studiului, cercetătorii Vlatko Vedral (Universitatea Oxford) și James Fullwood (Universitatea Hainan, China) au formulat un argument matematic care sugerează că geometria spațiului ar putea fi codificată în comportamentul unui qubit în timp, relatează NewScientist.

Cei doi au pornit de la un model matematic care descrie un qubit supus unei secvențe de măsurători pe parcursul unei anumite perioade de timp. În cadrul acestui model, fără a presupune nimic despre starea inițială a qubitului, au analizat corelațiile dintre rezultatele acestor măsurători, luate în considerare în diferite intervale de timp.

Procesul este similar cu a analiza dacă ceea ce face qubitul azi are legătură cu ce a făcut în ultimele 24 de ore, sau în ultimele 48 de ore, și așa mai departe.

Ceea ce au descoperit a fost că structura acestor corelații seamănă matematic cu spațiul tridimensional. Mai precis, din comportamentul unui qubit în timp, cercetătorii au derivat o formulă pentru măsurarea distanțelor în spațiu, așa-numita „metrică euclidiană”.

Cu alte cuvinte, urmărind cum evoluează în timp un singur qubit, cercetătorii au redescoperit structura spațiului în trei dimensiuni. Și asta fără să pornească cu această idee în minte!

Ce înseamnă asta pentru modul în care înțelegem Universul?

Această descoperire deschide o întrebare profundă: dacă geometria spațiului poate fi obținută din comportamentul unui qubit în timp, înseamnă că spațiul ar putea apărea din timp?

Această idee vine în contrast cu modelul actual, unde spațiul și timpul sunt împletite într-un singur continuum. A le separa este echivalent cu a pune sub semnul întrebării teoria relativității, un pilon al fizicii moderne.

Vedral recunoaște că geometria spațiului în care trăim este mai complexă decât cea obținută din calculele bazate pe comportamentul în timp al qubitului. Cu toate acestea, faptul că această metrică euclidiană poate fi extrasă dintr-un sistem atât de simplu, și fără să știm nimic despre qubit, poate fi un indiciu că spațiul este legat de timp și de informația cuantică.

„E fascinant că un singur qubit este suficient pentru a obține un spațiu euclidian complet tridimensional”, a declarat acesta

Însă există și o altă implicație tentantă a acestei lucrări: că timpul este cumva separat de spațiu, din moment ce geometria spațiului poate fi derivată din el. În general, spațiul și timpul sunt considerate componente ale unui continuum cu patru dimensiuni, spațiu-timpul, care stă la baza lumii noastre fizice.

O idee cu implicații uriașe

Dacă această ipoteză se dovedește corectă, înseamnă că Universul ar putea fi mult mai straniu și fascinant decât ne-am imaginat. Spațiul, cu toate dimensiunile sale, stelele, galaxiile și planetele, ar putea fi doar un rezultat al curgerii timpului și al regulilor misterioase ale fizicii cuantice.

Există și alți cercetători care susțin că spațiul și timpul ar trebui privite separat. De exemplu, Lee Smolin de la Institutul Perimeter din Canada crede că timpul este mai important decât spațiul. El nu vede însă timpul ca pe ceva care poate fi descris cu ecuațiile folosite în noul studiu.

Ipoteza lui, neacceptată pe scară largă în cadrul comunității științifice, spune că „timpul nu este ceva înghețat sau care are nevoie de o structură”, ci ar trebui înțeles ca o succesiune de momente prezente care se succed unul după altul, fără un trecut sau viitor care să fie fizic semnificativ ori cognoscibil.

Dacă această ipoteză se dovedește corectă, înseamnă că Universul ar putea fi mult mai straniu și fascinant decât ne-am imaginat. Spațiul, cu toate dimensiunile sale, stelele, galaxiile și planetele, ar putea fi doar un rezultat al curgerii timpului și al regulilor misterioase ale fizicii cuantice.

Deocamdată, avem doar o piesă mică dintr-un puzzle uriaș. Dar cum spune fizicianul Vedral: „E interesant că un singur qubit este suficient ca să genereze un spațiu tridimensional complet”.

Poate că, undeva în viitorul mai mult sau mai puțin apropiat, vom descoperi că întregul nostru Univers, și poate chiar noi înșine, suntem născuți nu din spațiu, ci din timp.