Natuurkundigen hebben ontdekt dat causale lussen, waarbij twee in tijd gescheiden gebeurtenissen elkaar op paradoxale wijze beïnvloeden, in veel theoretische universa toch zijn toegestaan.

Een causale lus is een klassieke tijdreisparadox. Stel: je stuurt informatie naar het verleden. Je geeft bijvoorbeeld Albert Einstein de formule E=mc ² voordat hij die zelf bedenkt. Vervolgens publiceert hij de formule, die jij dan weer terugvindt in een leerboek. Dan zou je een situatie creëren waarin de informatie geen echte oorsprong heeft.

Een nieuwe analyse toont aan dat dergelijke causale lussen mogelijk zijn in meer soorten theoretische universa dan verwacht.

'Koudwaterkoraalriffen zijn de regenwouden van de oceaan'
LEES OOK
'Koudwaterkoraalriffen zijn de regenwouden van de oceaan'

Sciencefiction

In de meeste sciencefictionscenario’s vereist het terugzenden van berichten in de tijd dat informatie sneller reist dan de lichtsnelheid. Maar in theoretische universa waarin causale lussen zijn toegestaan, is zo’n overtreding van de natuurwetten niet nodig. Wel blijft het onduidelijk of deze lussen in ons universum mogelijk zijn.

Natuurkundigen Venkatesh Vilasini van de ETH Zürich in Zwitserland en Roger Colbeck van de Universiteit van York in het Verenigd Koninkrijk hebben een wiskundig model gemaakt van een reeks theoretische universa. Van die universa is alleen bekend dat ze mensen bevatten die informatie kunnen verwerken en op basis daarvan kunnen handelen, maar niet sneller dan het licht kunnen communiceren.

De onderzoekers eisten verder niet dat de universa zich aan specifieke natuurkundige wetten hielden, zoals de zwaartekracht. Ze ontdekten dat causale lussen wiskundig gezien mogelijk zijn in universa die ze niet als bijzonder vreemd of exotisch beschouwden. Zulke causale lussen zouden de werkelijkheid kunnen verstoren door de oorsprong van bepaalde informatie te elimineren, maar lijken toch mogelijk te zijn in universa met één ruimtelijke dimensie.

Vilasini legt uit dat causaliteit op twee manieren kan worden gedefinieerd. Bij de eerste manier gaat het erom hoe twee actoren zich tot elkaar verhouden in de ruimtetijd: wat hun onderlinge afstand is in de ruimtetijd, en of ze zich dus in elkaars toekomst of verleden bevinden. Bij de tweede definitie gaat het om de stroom van informatie tussen de actoren.

Informatie uit de toekomst

’Normaal gesproken zeggen we dat correlatie geen oorzakelijk verband impliceert. Wij hebben ons nu gericht op het omgekeerde, namelijk dat een oorzakelijk verband geen correlatie inhoudt, ofwel het vermogen van twee actoren om signalen naar elkaar te sturen’, zegt Vilasini. Eigenaardig genoeg komt dit erop neer dat je Einstein zijn beroemde vergelijking kunt laten ontdekken op basis van informatie uit zijn toekomst, zonder ooit rechtstreeks met hem te communiceren.

Vilasini zegt dat de onderzochte causale lussen niet per se tot vreemde paradoxen leiden. Maar ze laten wel zien dat verleden en toekomst op tegenintuïtieve manieren gecorreleerd kunnen zijn. Of de causale lussen ook in ons universum kunnen voorkomen, is volgens haar nog een open vraag.

Ons universum, met de ruimtetijdstructuur die we kennen, en waarin niets sneller kan bewegen dan het licht, lijkt op de universa die in deze nieuwe analyse zijn onderzocht. Maar de drie ruimte-dimensies in ons universum kunnen de wiskunde van causale lussen misschien net genoeg veranderen om ze onmogelijk te maken. Vilasini en Colbeck bestuderen deze dimensionale effecten nog.

Ravishankar Ramanathan van de Universiteit van Hong Kong zegt dat de analyse een algemeen kader biedt voor het onderzoeken van causale lussen. Maar de precieze details van de natuurkundige mechanismen die de lussen mogelijk moeten maken, zijn volgens hem juist de grootste vraag zijn die nog moet worden beantwoord.