Er is een manier bedacht om berichten naar het verleden te sturen

Werktuigbouwkundigen hebben een manier bedacht om terug in de tijd te communiceren. Ze hebben zich daarvoor laten inspireren door de film Interstellar.

Stel je voor dat je een bericht naar het verleden zou kunnen sturen. De wetten van de natuurkunde sluiten dat niet uit. Sterker nog: in sommige gevallen zou terug in de tijd communiceren zelfs makkelijker kunnen zijn dan communiceren in de ‘normale’ richting.

Tijdlus

De mogelijkheid om een bericht naar het verleden te sturen, rolt als een mogelijke oplossing uit de vergelijkingen van de algemene relativiteitstheorie. Dat is de theorie waarmee we beschrijven hoe de ruimtetijd – de structuur van het universum – zich gedraagt.

LEES OOK

'Het rekenen, het klooien… dat is waar het allemaal om draait'

De snaartheorie leek ooit de gedroomde Theorie van Alles. De laatste decennia zijn de hooggespannen verwachtingen echter niet uitgekomen. Fysici worst ...

Elk object in het heelal volgt een pad door de ruimtetijd. Volgens de algemene relativiteitstheorie is een mogelijk pad de gesloten tijdachtige kromme (closed time-like curve, of kortweg CTC). Daarbij reist een object eerst naar de toekomst, keert het vervolgens terug naar het verleden en komt het uiteindelijk weer uit in het heden. Zo ontstaat een tijdlus.

Er zit wel een addertje onder het gras: als je een CTC wilt bouwen, moet je de ruimtetijd zo sterk vervormen dat die in zichzelf terugbuigt en een gesloten lus vormt. Dat kost onmogelijk veel energie. Daardoor lijkt het sturen van berichten naar het verleden onmogelijk.

Quantumsluiproute

Maar quantumverstrengeling biedt mogelijk een oplossing. Dit is het verschijnsel waarbij piepkleine deeltjes zoals elektronen of fotonen innig met elkaar verbonden raken. Daardoor gedragen ze zich als een enkel deeltje, ook als ze van elkaar gescheiden zijn. Met andere woorden: als twee deeltjes verstrengeld zijn, reageert de toestand van het ene deeltje altijd direct op de toestand van het andere, zelfs als ze zich ver van elkaar bevinden.

Niet alle natuurkundigen denken dat de twee deeltjes verbonden zijn doordat ze een gedeelde quantumtoestand hebben. Sommigen denken dat één deeltje informatie terug in de tijd kan sturen naar het andere deeltje. Daarmee vertelt het als het ware hoe dat andere deeltje later moet reageren.

Slechte telefoonverbinding

Deze redenering is niet breedgedragen. Toch gebruikten werktuigbouwkundige Seth Lloyd van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en zijn collega’s in 2010 verstrengelde lichtdeeltjes, ofwel fotonen, om een quantum-CTC na te bootsen. ‘Het experiment was vergelijkbaar met het enkele nanoseconden terugsturen van een foton in de tijd, om het vervolgens zijn vroegere zelf te laten vernietigen’, zegt Lloyd.

Nu hebben Lloyd en zijn collega’s een nieuwe versie van het experiment bedacht. Daarin raakt de CTC verstoord en gaat die kraken, een beetje zoals een slechte telefoonverbinding. Binnen de informatietheorie onderzoeken wetenschappers al langer hoeveel informatie een communicatiekanaal met ruis kan doorgeven. Verrassend genoeg ontdekte het onderzoeksteam dat communicatie met het verleden ondanks die ruis nog steeds mogelijk blijft. Sterker nog: deze communicatiemethode werkte zelfs beter dan een slechte telefoonverbinding die informatie in de normale richting van de tijd verstuurt.

Volgens teamlid Kaiyuan Ji van MIT werd het onderzoeksteam geïnspireerd door de climax van de film Interstellar. Aan het einde van de film (spoiler alert) stuurt een astronaut, gespeeld door Matthew McConaughey, een bericht naar zijn dochter in het verleden door de wijzers van haar horloge te manipuleren. Dat lijkt te werken als een CTC.

De onderzoekers beschouwden dit als een ruisgevoelig quantumkanaal en berekenden dat een bericht dat terug in de tijd wordt gestuurd, in tegenstelling tot gewone communicatie, nog steeds leesbaar zou blijven. Dat komt doordat de verzender herinneringen aan het verleden kan gebruiken. ‘De vader herinnert zich hoe zijn dochter zijn toekomstige boodschap ontcijfert. Daardoor kan hij zichzelf instrueren over de beste manier om het bericht te coderen’, zegt Ji.

Grenzen van communicatie

Een bericht terugsturen in de tijd is geen praktisch probleem, zegt Lloyd. Maar betere communicatiestrategieën voor ruisgevoelige systemen ontwikkelen is dat wel. ‘Niemand heeft ooit echt een fysieke CTC gebouwd, en er zijn redenen om te denken dat het erg lastig is om er een te maken. Maar alle communicatiekanalen hebben last van ruis’, zegt hij.

Lloyd zegt zelfs dat de nieuwe theoretische inzichten die het team heeft opgedaan, eenvoudig vertaald kunnen worden naar een experiment, vergelijkbaar met de quantum-CTC van 2010. Daarmee zou het team onder realistische omstandigheden ruisgevoelige communicatiekanalen kunnen onderzoeken. Zo kunnen ze mogelijk nieuwe toepassingen ontdekken, zelfs voor normale communicatie.

Quantumfysicus Andreas Winter van de Universiteit van Keulen zegt dat de nieuwe inzichten laten zien hoe verschillende vormen van feedback – zoals een afzender uit de toekomst die zijn herinneringen gebruikt – communicatieprotocollen kunnen verbeteren. Maar hij zegt ook dat praktische toepassingen onwaarschijnlijk zijn. ‘Voor zover wij weten, is het terugsturen van signalen in de tijd in onze wereld niet mogelijk. We kennen geen enkel mechanisme dat dit mogelijk zou maken’, zegt hij.