O echipă de fizicieni de la o universitate din Finlanda a imaginat un experiment teoretic în urma căruia a ajuns la concluzia că o călătorie înapoi în timp este imposibilă. 

Călătorind fără griji prin vidul spațiului, lumina parcurge constant 299.792.458 de metri (299.792,4 km) în fiecare secundă. Nici mai mult, nici mai puțin, scrie publicația Science Alert.

Însă lucrurile se schimbă atunci când undele electromagnetice traversează câmpurile electromagnetice care înconjoară materia. Trecând prin această „mlaștină”, viteza luminii poate încetini până când ajunge aproape să se târască.

Vedem acest fenomen în curbarea luminii în timp ce trece printr-un pahar cu apă sau chiar în separarea undelor într-un curcubeu.

În timp ce fizicienii pot descrie această încetinire folosind ecuațiile din secolul al XIX-lea privind lumina și electromagnetismul, ei nu au reușit încă să surprindă în mod adecvat schimbarea bruscă a vitezei luminii între diferite medii în măsurarea undelor fizice.

O echipă de fizicieni de la Universitatea Tampere din Finlanda a găsit o potențială soluție la această problemă, dar nu înainte de a regândi câteva principii fundamentale privind evoluția unei unde luminoase în timp și într-o singură dimensiune a spațiului.

„Practic, am descoperit o modalitate foarte interesantă de a deriva ecuaţia de undă standard în 1+1 dimensiuni”, a declarat autorul principal al studiului, Matias Koivurova.

„Singura ipoteză de care aveam nevoie era că viteza undei este constantă. Apoi m-am gândit: și dacă nu este întotdeauna constantă? Aceasta s-a dovedit a fi o întrebare foarte bună”.

Viteza luminii - sau „c”, pentru a folosi prescurtarea sa - este o limită universală pentru informația care se deplasează în vid. Chiar dacă materia poate încetini efectiv călătoria unei particule, teoria specială a relativității spune că această proprietate fundamentală nu se poate schimba cu adevărat.

Însă fizica necesită uneori puțină fantezie pentru a explora zone noi. Astfel, Koivurova, împreună cu colegii săi Charles Robson și Marco Ornigotti, au lăsat deoparte acest adevăr incomod pentru a lua calcula consecințele unei ecuații de undă standard în care o undă de lumină arbitrară poate accelera.

Inițial, soluția lor nu avea prea mult sens. Abia când au adăugat din nou o viteză constantă ca și cadru de referință, piesele s-au potrivit.

Dacă trimitem o navă spaţială în cosmos cu mare viteză, pasagerii navei vor experimenta timpul şi distanţa în mod diferit faţă de observatorii care le urmăresc călătoria de la distanţă. Acest contrast este efectul relativității, o teorie care a fost testată cu succes de nenumărate ori, la toate tipurile de scale.

Examinând o undă accelerată faţă de constanta vitezei luminii, efectele soluţiei propusă de echipa de cercetători 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.

„Ceea ce am demonstrat este că, din punctul de vedere al undei, nu se întâmplă nimic cu impulsul ei. Cu alte cuvinte, impulsul undei este conservat”, spune 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 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.

Momentan, ecuațiile au fost rezolvate doar pentru o singură dimensiune a spațiului (și a timpului). Ar trebui, de asemenea, să se efectueze experimente pentru a vedea dacă confirmă această perspectivă a undelor.

Dacă da, călătoria noastră colectivă prin Univers este cu adevărat o stradă cu sens unic, concluzionează autorii cercetării, care a fost publicată în revista Optica.