Porušení rychlostního limitu vesmíru: Hledání komunikace rychlejší než světlo

Rychlost světla ve vakuu je 299 792 km/s (186 000 mil za sekundu) a Einsteinova teorie relativity říká, že nic, co nese informaci, ji nemůže překonat.
Kvantové provázání spojuje částice tak, že měření jedné okamžitě ovlivní druhou, ale nelze tím přenášet použitelné zprávy a kopírování brání tzv. věta o nemožnosti klonování.
V roce 2011 italský tým krátce tvrdil, že neutrina dorazila rychleji než světlo, ale ukázalo se, že výsledek byl způsoben uvolněným optickým kabelem.
V roce 2017 čínský satelit předvedl provázání a kvantovou teleportaci mezi vesmírem a Zemí na vzdálenost asi 1 200 km.
Nobelova cena za fyziku v roce 2022 ocenila experimenty s provazováním fotonů na vzdálenosti stovek kilometrů.
V roce 2013 Juan Maldacena a Leonard Susskind navrhli ER = EPR, což naznačuje, že červí díra by mohla být ekvivalentní kvantovému provázání.
Koncem roku 2022 vědci použili kvantový počítač Googlu k simulaci malé průchodné červí díry s 9 qubity a pozorovali dynamiku odpovídající přenosu informace skrz červí díru.
V červenci 2024 fyzici z Varšavské univerzity a Oxfordu tvrdili, že tachyony by mohly být matematicky konzistentní, pokud budoucí stavy ovlivňují současnost, což oživilo diskusi o nadsvětelných částicích.
Miguel Alcubierre v roce 1994 ukázal, že obecná relativita by mohla umožnit efektivní cestování rychlejší než světlo pomocí „warp bubliny“, která stlačuje prostor před sebou a rozšiřuje ho za sebou, i když to vyžaduje zápornou energii.
V roce 2023 britská studie vedená Dr. Lorenzem Pierim navrhla komunikaci „Hyperwave“ využívající malé warp bubliny k přenosu dat rychleji než světlo, i když energetické a technické výzvy přetrvávají.

Přitažlivost okamžité informace

Představte si, že pošlete zprávu kosmické lodi vzdálené světelné roky a dostanete odpověď okamžitě. Přenos informací rychlejší než světlo (FTL) znamená přesně to – posílání dat rychlostí vyšší než ~300 000 km/s, tedy rychlost světla. Je to sci-fi sen s hlubokými důsledky. Kdybychom mohli tuto kosmickou rychlost překonat, znamenalo by to revoluci v komunikaci na mezihvězdné vzdálenosti, odstranilo by to několikaminutové zpoždění při hovoru s Marsem nebo desetiletí trvající ticho mezi hvězdami. Kromě pohodlí by to převrátilo samotnou fyziku. Podle Einsteinovy teorie relativity nic, co nese informaci, nemůže předběhnout světlo, aniž by to nezpůsobilo zmatek v příčině a následku ^[1]. Jak napsal jeden vědecký publicista, pokud by FTL komunikace byla možná, „otevřelo by to znepokojivou možnost posílat informace zpět v čase, což by rozmazalo hranici mezi minulostí a přítomností“ ^[2]. Jinými slovy, signály rychlejší než světlo by nám mohly umožnit telefonovat do minulosti, což je paradox, který nedá fyzikům spát. Než se pustíme do divokých nápadů, jak překonat Einsteinův limit, pojďme si vysvětlit, proč tento limit vůbec existuje – a proč je tak těžké ho překonat.

Einsteinův kosmický rychlostní limit a proč na něm záleží

Před více než stoletím zavedl Albert Einstein přísné pravidlo: v našem vesmíru je světlo ve vakuu nejvyšší možnou rychlostí. Nic nemůže být rychlejší. Pokusíte-li se urychlit objekt k rychlosti světla, příroda se brání – hmotnost objektu fakticky roste a k dosažení 100 % rychlosti světla byste potřebovali nekonečné množství energie ^[3]^[4]. V praxi to znamená, že 299 792 km/s (186 000 mil za sekundu) je zabudovanou překážkou pro jakýkoli hmotný signál nebo vesmírnou loď. Proč na tom záleží? Protože pokud bychom nějak obešli tento limit, mohly by nastat velmi podivné věci. Speciální relativita říká, že v některých vztažných soustavách by FTL zpráva vypadala, že dorazila dříve, než byla odeslána. Jinými slovy, komunikace rychlejší než světlo by mohla porušit kauzalitu – mohli byste posílat varování svému minulému já nebo vytvářet smyčky událostí bez jasné příčiny a následku. Právě proto „je komunikace rychlejší než světlo považována většinou fyziků za nemožnou,“ protože by „představovala porušení speciální relativity nebo… způsob, jak posílat zprávy zpět v čase“.

Fyzika se nikdy nebála testovat tento kosmický rychlostní limit. V roce 2011 si tým v Itálii myslel, že zaznamenal částice neutrin, které dorazily o malý okamžik dříve, než by dorazilo světlo ^[5]. Zpráva způsobila senzaci – byl Einsteinův limit konečně překonán? – ale nadšení rychle opadlo. Ukázalo se, že načasování zkreslil uvolněný optický kabel. Neutrina byla nevinná; Einstein měl pravdu (a jeden vtipkující fyzik, Jim Al-Khalili, dokonce slíbil, že „sním své boxerky v přímém přenosu“, pokud by se ukázalo, že se Einstein mýlil ^[6]). Tato epizoda ukazuje, jak hluboce je limit rychlosti světla zakořeněn v moderní vědě. Každý důvěryhodný experiment jej zatím potvrdil a jakýkoli nárok na FTL signál je přijímán s krajním skepticismem. Přesto je touha po okamžitém přenosu informací tak silná, že vědci neustále zkoumají okraje fyziky a hledají skuliny. Mohla by existovat cesta, byť sebemenší či podivná, jak poslat informaci rychleji než světlo, aniž bychom rozbili fyziku, jak ji známe? Prozkoumejme hlavní (a nejvíce ohromující) nápady – od kvantové „strašidelné akce“ přes červí díry, tachyony a další – a podívejme se, co o každé z nich říká moderní výzkum.

Kvantové provázání: „Strašidelná akce“ není telepatický telefon

Jedním z prvních míst, kam se lidé dívají pro triky s nadsvětelnou rychlostí, je kvantové provázání, často popisované jako „strašidelná akce na dálku“. Tento jev, který dokonce Einstein považoval za znepokojující ^[7], propojuje dvě částice tak, že měření jedné okamžitě ovlivní druhou, bez ohledu na to, zda jsou v jedné místnosti nebo na opačných koncích galaxie. Zní to jako magie: provázané částice se zdají „komunikovat“ okamžitě ^[8]. Například pokud vytvoříte pár elektronů s provázanými spiny a změříte u jednoho spin „nahoru“, spin druhého bude okamžitě „dolů“ – i když je tento partnerský elektron vzdálený světelné roky. Pro běžného pozorovatele to vypadá, jako by mezi nimi nějak informace proběhla rychleji než světlo ^[9].

Ale tady je háček: provázání nemůže přenášet použitelné zprávy. Chování obou částic je sice korelované, ale nemůžete ovlivnit, jaký výsledek na jednom konci dostanete – výsledky jsou v zásadě náhodné. Jak vysvětluje astrofyzik Paul Sutter, „i když jsou provázané částice propojené, nutně si mezi sebou nepředávají informace.“ Když je jedna částice změřena, její vzdálené dvojče okamžitě převezme odpovídající stav, „ale [výsledek] neznáte… dozvíte se ho až poté, co provedete vlastní měření, nebo až vám to řeknu“ prostřednictvím běžného signálu rychlostí světla ^[10]^[11]. Stručně řečeno, „signál“ provázání je skrytý v náhodnosti; teprve pozdějším porovnáním poznámek běžnou komunikací mohou dva pozorovatelé potvrdit, že jejich výsledky byly korelované ^[12]. Proces provázání může být okamžitý, ale „jeho odhalení není“ rychlejší než světlo ^[13]. Příroda chytře uzamkla strašidelnou akci za nepřekonatelnou bariéru náhody – kosmické „šifrování“, které brání jejímu využití jako mezihvězdného telegrafu.

To vědce neodradilo od pokusů obejít systém. V 80. letech fyzik Nick Herbert navrhl zařízení zvané FLASH, které mělo využít kvantové provázání pro nadsvětelnou komunikaci ^[14]. Myšlenka byla geniální: měřením jednoho fotonu různými způsoby a zesílením jeho provázaného partnera pomocí laseru by snad bylo možné otisknout zprávu, kterou by vzdálený pozorovatel (přezdívaný „Bob“) mohl okamžitě rozluštit ^[15]. Pokud by Alice na své straně zvolila jedno nastavení měření pro „0“ a jiné pro „1“, Bob by mohl tato data přečíst na své straně rychleji, než by k němu dorazilo světlo – což by zdánlivě porušovalo kauzalitu. Když však ostatní fyzici tento návrh podrobili zkoumání, odhalili zásadní chybu. Jakmile se pokusíte zesílit nebo pozorovat provázaný kvantový stav během přenosu, nevyhnutelně zničíte jemné kvantové informace. Místo jasného signálu by Bob vždy skončil s čistým šumem, zcela netušíc, jakou volbu Alice provedla ^[16]. Nebyl žádný způsob, jak by mohl rozlišit „0“ od „1“ bez toho, aby mu Alice později běžnou zprávou potvrdila, co udělala. Při rozboru Herbertova myšlenkového experimentu vědci ve skutečnosti objevili hluboký princip, dnes nazývaný věta o nemožnosti klonování: nelze zkopírovat libovolný kvantový stav, aniž byste jej změnili ^[17]. To vylučuje trik se „zesilovačem“ a zajišťuje, že provázání nelze využít k porušení teorie relativity. Kvantová fyzika a Einsteinův rychlostní limit nakonec pokojně koexistují ^[18].

Dnes je provázání v srdci nově vznikajících technologií – kvantové výpočetní techniky, kvantové kryptografie a dokonce i vyvíjení „kvantového internetu“ pro ultra-bezpečnou komunikaci. Je pozoruhodné, že vědci dokážou provázat částice na vzdálenosti stovek kilometrů (Nobelova cena za fyziku 2022 byla udělena průkopníkům těchto experimentů). V roce 2017 čínský satelit dokonce předvedl provázání a kvantovou teleportaci mezi vesmírem a Zemí, když vyslal provázané fotony na vzdálenost přes 1 200 km. Je to důkaz toho, jak daleko jsme v našem chápání pokročili ^[19]. Přesto navzdory senzačnímu pojmu „teleportace“ tento proces dodržuje pravidla Matky Přírody: stále vyžaduje běžný signál k dokončení, takže neumožňuje posílat žádný materiál ani zprávu rychleji než světlo ^[20]. Slovy vědeckého publicisty Forbesu: „ačkoli je to obdivuhodný pokus obejít pravidla našeho vesmíru, komunikace rychlejší než světlo je stále nemožná“. Provázání může být bizarní a proti intuici, ale jako komunikační metoda je to jako pár kouzelných kostek – vy a váš přítel můžete házet provázané kostky, které vždy ukazují opačné strany, ale ani jeden z vás nemůže použít svou kostku k signalizaci konkrétního výsledku tomu druhému. Einsteinův limit přetrvává.

Pozoruhodné je, že některé fyziky stále fascinuje, proč kvantová mechanika obsahuje tento zabudovaný rychlostní limit. „Věta o nemožnosti komunikace“ v kvantové teorii matematicky dokazuje, že provázání nemůže přenášet informace. Ale mohly by pod kapotou kvantové mechaniky existovat skryté mechanismy? Sám Einstein se zamýšlel, zda nějaké „skryté proměnné“ nebo signály nemohou tajně spojovat provázané částice. Moderní kvantová teorie říká, že pokud takové vlivy existují, musí být také nelokální (fakticky rychlejší než světlo) – přesto zůstávají pro nás nepozorovatelné. Jak vtipně poznamenal fyzik John G. Cramer: „Příroda posílá zprávy rychleji než světlo a zpět v čase, ale nenechá vás do toho nahlédnout.“ ^[21] V Cramerově vlastní interpretaci kvantové mechaniky („transakční interpretace“) se kvantové události účastní jakéhosi FTL podání ruky mezi budoucností a minulostí – což ukazuje, jak podivná kvantová realita může být. Ale i Cramer uznává, že příroda dokonale blokuje jakýkoli pokus odposlouchávat tyto fantomové zprávy ^[22]. Takže i když nás provázání láká pohledem na fyziku za Einsteinem, nenabízí žádnou praktickou zkratku pro naši komunikaci… alespoň zatím ne.

Červí díry: Kosmické zkratky a kvantové laboratorní experimenty

Pokud kvantové provázání nedokáže doručit naše dopisy ke hvězdám, co takhle tunel samotným prostorem? Červí díry – technicky známé jako Einstein-Rosenovy mosty – jsou stálicí vědeckofantastické literatury jako prostředek k okamžitému přesunu z jednoho bodu časoprostoru do druhého. Teoreticky je červí díra most spojující dvě vzdálená místa: vstoupíte na jednom konci, objevíte se na druhém téměř okamžitě, i když by světlu trvalo roky tuto vzdálenost překonat. Tento koncept sahá až k Einsteinově práci z roku 1935, ale má jeden velký háček: původní Einstein-Rosenovy červí díry nejsou průchodné. Uzavřou se příliš rychle na to, aby jimi něco (dokonce ani světlo) mohlo projít. Aby červí díra zůstala otevřená dostatečně dlouho na to, abyste mohli poslat signál nebo člověka, fyzika naznačuje, že byste potřebovali jakousi exotickou hmotu s negativní energií – látku, která, pokud víme, v použitelném množství přirozeně neexistuje ^[23]. Vědeckofantastické červí díry, tedy ty, které umožňují skutečné cestování rychlejší než světlo, „by vyžadovaly typ hmoty s negativní energií, což se nezdá být možné v konzistentních fyzikálních teoriích.“ ^[24] Jednoduše řečeno, průchodné červí díry by podle obecné relativity na papíře mohly existovat, ale k jejich vytvoření byste museli porušit jiné dobře ověřené fyzikální zákony. Nikdo nikdy skutečnou červí díru nepozoroval a většina odborníků pochybuje, že příroda umožňuje udržet ji otevřenou bez zhroucení.

Červí díry tedy zůstávají spekulativní – ale vědci se nevzdali jejich zkoumání, alespoň teoreticky. V posledních letech se objevila fascinující myšlenka, která spojuje červí díry s kvantovým světem. V roce 2013 renomovaní fyzikové Juan Maldacena a Leonard Susskind vyslovili domněnku „ER = EPR“, tedy že Einstein-Rosenova červí díra (ER) by mohla být nějakým způsobem ekvivalentní kvantovému provázání (EPR) ^[25]. Je to ohromující představa, která naznačuje, že geometrie časoprostoru a kvantová informace by mohly být dvě strany téže mince. Jak řekla Maria Spiropulu, fyzička z Caltechu zapojená do testování těchto myšlenek: „Byla to velmi odvážná a poetická myšlenka.“ ^[26] Pokud je to pravda, i malá červí díra by mohla fungovat jako kvantový kanál spojující vzdálené částice. Na základě tohoto konceptu teoretici jako Daniel Jafferis navrhli, že průchodné červí díry by mohly existovat, pokud by byla v pravý okamžik aplikována záporná energie (možná generovaná kvantovými efekty) ^[27]. Zajímavé je, že ukázali, že posílání informací takovou červí dírou je matematicky ekvivalentní kvantové teleportaci pomocí provázání ^[28]. Jinými slovy, akt kvantové teleportace (o kterém víme, že je v experimentech možný) by mohl být vnímán jako přenos informace zkratkou skrz kvantovou červí díru.

Tato myšlenka přeskočila z teorie do experimentu v pozdním roce 2022, kdy tým fyziků použil kvantový počítač Googlu k simulaci malinké červí díry. Nepřetrhli v laboratoři časoprostor (žádné galaxie nebyly při tomto experimentu zraněny!), ale skutečně vytvořili systém provázaných kvantových bitů, který se choval analogicky k průchodné červí díře, jak předpovídá teorie ^[29]. Efektivně „teleportovali“ kvantový stav z jedné sady qubitů na druhou skrze tento kanál vytvořený provázáním a pozorovali vlastnosti odpovídající přenosu informace červí dírou ^[30]. Titulky hlásaly, že vědci „pozorovali dynamiku červí díry“ na kvantovém počítači, což je sice technicky pravda, ale může to být zavádějící. Ve skutečnosti bylo ukázáno, že kvantovou informaci lze zakódovat a znovu získat způsobem, který napodobuje malou červí díru, což posiluje myšlenku ER = EPR. Je to vzrušující ukázka toho, jak by se kvantová fyzika a gravitační koncepty mohly spojit, ale zatím to není metoda pro praktickou komunikaci – alespoň ne teď. Přenášená částice v experimentu stále dodržovala kvantová pravidla a vyžadovala provázání, které muselo být nejprve vytvořeno (za použití běžné komunikace). A co je klíčové, vše se odehrávalo na 9 qubitech v čipu, ne v galaktickém tunelu, kterým byste mohli posvítit baterkou.

Přesto na těchto snahách záleží, protože naznačují, že zákaz FTL v našem vesmíru nemusí být tak absolutní, jak se zdá – možná samotný prostor a čas mají zkratky nebo emergentní jevy, které teprve začínáme chápat. Kip Thorne, fyzik známý svou prací na červích dírách (a konzultacemi pro Interstellar), nám rád připomíná, že relativita zakazuje nadsvětelnou cestu skrz běžný prostor, ale přísně nevylučuje manipulaci s časoprostorem za účelem zkrácení vzdálenosti. Zda příroda skutečně umožňuje průchodnou červí díru nebo skutečný komunikační kanál „subprostorem“, to je stále otevřené. Stephen Hawking byl natolik skeptický, že navrhl „domněnku ochrany chronologie“ – v podstatě fyzikální zákon, který by zabránil vzniku strojů času (a tím i věcem jako FTL červí díry), aby ochránil vesmír před časovými paradoxy. Zatím každý věrohodný návrh umělé červí díry nebo zkratky vyžaduje exotickou fyziku, kterou jsme dosud nepozorovali. Ale probíhající výzkum – od teoretických prací po kvantové laboratorní simulace – nám dává nové nástroje k prozkoumání „co kdyby?“ V příštích letech budou experimenty provazovat stále větší systémy a možná najdou nepřímé známky těchto jevů. Pokud by jednoho dne byla skutečná červí díra nalezena nebo vyrobena, mohla by umožnit okamžitou komunikaci napříč prostorem aniž by porušila relativitu (protože signál červí dírou by se lokálně nepohyboval rychleji než světlo – zkratka je v samotném prostoru). To by byl vrcholný triumf: kosmická zkratka, která nám umožní povídat si napříč galaxií v reálném čase, bez porušení fyzikálních zákonů. Je to sázka na dlouhou trať, ale věda ji má na radaru.

Tachyony: Hledání částic rychlejších než světlo

Dalším domnělým lístkem k nadsvětelné komunikaci jsou hypotetické částice zvané tachyony. Termín „tachyon“ pochází z řeckého tachys, což znamená „rychlý“, a byl zaveden v 60. letech pro částice, které by se vždy pohybovaly rychleji než světlo. Na rozdíl od běžné hmoty, která se může pouze přiblížit rychlosti světla zespodu, tachyony (pokud existují) by nikdy nezpomalily pod rychlost světla. Navždy by zůstaly na druhé straně Einsteinovy bariéry – teoreticky by mohly přenášet signály, které předběhnou jakýkoli foton. Tachyony se objevily v některých rozšířeních fyziky a dokonce i ve vědeckofantastické literatuře jako vágní vysvětlení pro nadsvětelné signály. Po desetiletí však byly většinou považovány za problematické nebo smyšlené. Jedním z důvodů je, že stabilní tachyon by mohl být použit k odeslání zprávy do minulosti (což by porušilo kauzalitu), stejně jako jakýkoli jiný nadsvětelný mechanismus. Dalším problémem je, že rané analýzy naznačovaly, že tachyony by destabilizovaly vakuum: zdálo se, že vedou k záporným energiím, imaginárním hmotnostem nebo jiným nesmyslným výsledkům, když byly dosazeny do kvantové teorie. Stručně řečeno, prostě si nerozuměly s rámci, kterým důvěřujeme. Po dlouhou dobu byly tachyony považovány za rebely, které fyzika tiše vyhostila – zajímavé myšlenkové experimenty, ale nic, co byste skutečně našli v přírodě.

Překvapivě nedávný výzkum se na tachyony podíval novým pohledem. V červenci 2024 fyzikové z Varšavské univerzity a Oxfordu publikovali článek, ve kterém tvrdí, že mnoho starých teoretických námitek proti tachyonům lze vyřešit ^[31]. Zjistili, že problém byl v „okrajových podmínkách“ použitých v těchto důkazech. Když dovolili, aby minulé i budoucí stavy systému ovlivňovaly určité kvantové výpočty, ukázali, že tachyonová pole mohou být matematicky konzistentní, aniž by způsobovala nekonečna nebo nesmysly ^[32]. Jak řekl jeden z autorů, Dr. Andrzej Dragan, zapojení role budoucích výsledků bylo „jednoduchý trik“, který najednou způsobil, že teorie fungovala ^[33]. V jejich novém rámci závisí proces zahrnující tachyony nejen na počátečním nastavení, ale také na konečné podmínce, téměř jako by budoucnost pomáhala utvářet přítomnost – myšlenka, která je ohromující, ale kvantové teorii není zcela cizí. Díky této úpravě všechny hlavní obtíže (nestabilita, na pozorovateli závislý počet částic, záporné energie) zmizely a tachyony se staly jen dalším možným polem v rovnicích ^[34]. Ještě zajímavější je, že jejich teorie předpovídá nový druh kvantového provázání, který mísí minulé a budoucí stavy, což konvenční fyzika neumožňuje ^[35]. Výzkumníci se zdržují tvrzení, že tachyony skutečně existují, ale tvrdí, že tachyony jsou „nejenže nejsou vyloučeny“ relativitou, ale mohou dokonce objasnit její kauzální strukturu ^[36]. Dokonce spekulují, že tachyony mohly hrát roli v raném vesmíru: předtím, než Higgsovo pole „porušilo“ symetrii a dalo částicím hmotnost, se mohly tachyonové excitace pohybovat nadsvětelnou rychlostí a pomoci tak vzniku hmoty, jak ji známe ^[37].

Jsou tedy tachyony skutečné? Nevíme. Žádný experiment nikdy nezaznamenal tachyon vyletující z částicového urychlovače nebo padající z kosmického záření. Pokud existují, mohou s běžnou hmotou interagovat jen velmi slabě (jinak bychom pravděpodobně už zaznamenali nějaké náznaky). Občas se objevily tvrzení o detekci něčeho anomálního – v 80. letech některé experimenty s vysokoenergetickým zářením vyvolaly debatu o možných tachyonových signálech, ale žádný z nich nebyl přesvědčivě potvrzen. Prozatím tachyony zůstávají teoretickými entitami. Jsou fascinující, protože ukazují, jak by fyzika mohla připustit FTL vlivy bez úplného zhroucení: tachyon se ve skutečnosti nezrychluje nad rychlost světla (začíná rychleji a zůstává tak), takže některé obvyklé argumenty relativity se přímo neuplatní. Pokud by vědci někdy našli způsob, jak tachyony vyrobit nebo využít, mohli bychom s nimi posílat informace? Potenciálně ano – proud tachyonů by mohl nést modulaci (například Morseovu abecedu), která dorazí dříve než světlo. Ale manipulace s tachyony by mohla přinést i paradoxy – jeden tachyonový „telefon“ vymyšlený fyziky je tachyonický antitelefon, zařízení, které vám v principu umožní poslat zprávu do vlastní minulosti. Je to myšlenkový experiment ukazující absurditu, kterou může skutečné FTL posílání zpráv přinést. Většina fyziků se domnívá, že pokud tachyony vůbec existují, příroda je možná skryla nebo znemožnila jejich využití pro triky porušující kauzalitu. Přesto skutečnost, že se v roce 2024 seriózní výzkumníci k tachyonům znovu vracejí ^[38], znamená, že naše chápání se vyvíjí. Vyzývají vědeckou komunitu, aby „zůstala otevřená“ možnosti, že tachyony jsou potenciálně zákulisními hráči v kvantovém provázání ^[39]. Přinejmenším tachyony podněcují představivost – připomínají nám, že vesmír může mít více částic a jevů, než s kolika počítá naše současná „pravidlová kniha“.

Okrajové hranice: warp pohony, „hypervlny“ a další spekulace

Touha po komunikaci rychlejší než světlo je tak silná, že inspirovala nápady hraničící se sci-fi. Jeden z těchto konceptů si vypůjčuje z teorií warp pohonu – stejného druhu nápadu, který umožňuje lodi Enterprise ze Star Treku cestovat vesmírem deformací časoprostoru. V roce 1994 fyzik Miguel Alcubierre ukázal, že obecná relativita připouští řešení „warp bubliny“: prostor před lodí je stlačen a prostor za ní roztažen, což efektivně umožňuje lodi jet na bublině rychleji než světlo vzhledem ke vzdáleným pozorovatelům, aniž by lokálně překročila rychlost světla ^[40]. Háček (jako obvykle) je v tom, že to vyžaduje zápornou energii a obrovské množství hmoty-energie, což činí tento koncept zdánlivě nedosažitelným. Ale tady je zvrat: co kdybyste se nesnažili poslat celou vesmírnou loď? Co kdybyste poslali jen informaci? V roce 2023 byla ve Velké Británii v rámci vládou financované studie prozkoumána právě tato myšlenka pod názvem komunikace „Hyperwave“^[41]. Dr. Lorenzo Pieri, autor studie, navrhl využití malých, krátkodobých warp bublin – v podstatě mikroskopických deformací časoprostoru – k přenosu datových bitů na obrovské vzdálenosti. Menší bubliny by dramaticky snížily potřebnou energii (protože energetická náročnost roste se čtvercem velikosti bubliny) ^[42]. Pieriho myšlenka je generovat a manipulovat s těmito bublinami v sekvenci, takže když zrychlují a zanikají, vyzařují záblesky vysoce energetického záření. Tyto záblesky, putující vesmírem, by mohly být zakódovány informací podobně jako tečky a čárky Morseovy abecedy. Klíčové je, že poruchy z bubliny by se teoreticky mohly šířit jako „hypervlna“, která předběhne běžný světelný signál ^[43]. V podstatě byste posílali vlnu časoprostorem samotným, která nese vaši zprávu – vlnu, která se pohybuje rychleji než světlo z vnějšího pohledu.

Zní to neuvěřitelně a je to extrémně spekulativní. Britské ministerstvo obrany shledalo tento koncept natolik zajímavým, že poskytlo skromné financování na počáteční výzkum ^[44], což ukazuje, jak vážně jsou brány i divoké nápady, když je potenciální přínos obrovský. Mnoho výzev však zůstává. I malá warpová bublina vyžaduje určité množství záporné energie nebo exotické hmoty a generování jakékoli záporné energie řízeným způsobem je mimo současné vědecké možnosti (pozorujeme drobné efekty v laboratorních experimentech, jako je Casimirův jev, ale nic, co by se blížilo potřebám inženýrství). Pieriho argumentem je, že protože nám nejde o přepravu lidí nebo velkých objektů, můžeme mnohé omezení uvolnit a možná najít chytrý trik, jak vytvořit hyperrychlé pulzy. Například zaměření čistě na komunikační aplikaci by mohlo umožnit konfigurace elektromagnetických nebo kvantových polí, které dočasně vytvoří efekt bubliny. Koncept „hypervlny“ je ve skutečnosti pojmenován po komunikačním systému v nadaci Isaaca Asimova – což je odkaz na to, jak sci-fi často inspiruje skutečné inovace. Dosud žádný experiment nevytvořil skutečnou warpovou bublinu (i když v roce 2021 tým napojený na NASA tvrdil, že pozoroval něco podobného warpové bublině v mikroskopickém měřítku v laboratoři, ale je to předmětem debat). Debrief – vědecký a obranný portál – citoval odborníky, kteří uvedli, že zatímco velkorozměrové warpové pohony zůstávají neproveditelné, „poslat zprávu je v zásadě o něco jednodušší“ ^[45]. Zaměřením na malé měřítko se vyhnete astronomickým energetickým nárokům na pohyb hvězdné lodi.

Zda může hypervlnová komunikace někdy fungovat, se v podstatě odvíjí od toho, zda dokážeme řídit geometrii časoprostoru kontrolovaným způsobem. Někteří optimističtí myslitelé poukazují na to, že před více než stoletím by rádio nebo jaderná energie zněly neuvěřitelně teoreticky, a přesto tu dnes jsou. Jiní poznamenávají, že dokud skutečně nepozorujeme něco, co se pohybuje nadsvětelnou rychlostí, měli bychom předpokládat, že Einsteinův limit platí. Existuje zdravá rovnováha mezi otevřeností a skepsí. Jason Cassibry, fyzik zabývající se pohonem, nám připomíná, že ani warp pohon technicky nevylučuje teorii relativity: „Kosmická loď s warp pohonem ve skutečnosti nepřekračuje rychlost světla lokálně. Jen natahuje prostor a zkracuje vzdálenost.“ ^[46] Jinými slovy, tyto koncepty se snaží „podvádět“ tím, že mění samotné hřiště (prostor), místo aby běžely rychleji na stejném hřišti. To by mohlo být povoleno, ale nevíme, zda nám příroda poskytne potřebné nástroje. Podobně okrajoví vynálezci a teoretici navrhli další triky pro FTL komunikaci: využití kvantového tunelování (elektrony mohou tunelovat skrz bariéry rychleji, než by světlo urazilo stejnou vzdálenost – ale opět, podle našeho současného chápání nelze v tunelovacích experimentech poslat žádný použitelný signál), nebo hypotetické „subprostorové“ rádio, které se nějak šíří vyššími dimenzemi nebo paralelními vesmíry a zkracuje tak běžný prostor. Dosud žádný z těchto nápadů nepřinesl skutečné zařízení nebo metodu, která by v závodě překonala obyčejný světelný paprsek. Kdyby se to povedlo, byla by to celosvětová titulní zpráva.

Závěr: Posouvání hranic bez porušení fyziky

Kde nás to všechno nechává v roce 2025? Navzdory obrovskému vědeckému pokroku a skutečně nápaditému výzkumu nebyl nalezen žádný experimentální důkaz přenosu informací rychlejšího než světlo. Každá zpráva, kterou lidstvo kdy poslalo – od starověkých kouřových signálů po e-maily vysílané na vzdálené kosmické lodě – dodržovala rychlostní limit stanovený Einsteinem. Shoda mezi fyziky zůstává, že komunikace rychlejší než světlo je nemožná bez nové fyziky. Relativita se ukázala být mimořádně odolná. Jak jsme viděli, kvantové provázání se dostává až na hranici tohoto limitu, vytváří podivné okamžité korelace, ale neposkytuje žádné použitelné porušení tohoto limitu ^[47], ^[48]. Červí díry a warpové „hypervlny“ nás lákají možnostmi, jak zkrátit cestu prostorem a časem, ale zatím žijí jen v rovnicích a myšlenkových experimentech, ne v laboratořích nebo strojírenských halách. Tachyony ukazují, že naše teoretické rámce se stále vyvíjejí – je možné si představit částice rychlejší než světlo bez logických rozporů ^[49], ^[50], ale zatím nemáme žádný náznak, že by takové částice byly skutečné nebo dostupné. Stručně řečeno, každá cesta k přenosu informací rychlejšímu než světlo se buď vrací zpět do krabice Známá fyzika (s chytrým vysvětlením, proč nedochází k porušení kauzality), nebo zůstává cestou, po které se ještě nikdo nevydal a čeká na objevy v daleké budoucnosti.

Přesto samotné hledání je nesmírně cenné. Snahou prolomit konečný rychlostní limit vědci prohloubili naše porozumění kvantové mechanice, objevili principy jako je nemožnost klonování a dokonce otevřeli nové oblasti výzkumu. Úsilí o testování konceptů FTL vedlo k vysoce přesným experimentům, které například potvrzují, že kvantová nelokalita je skutečná, ale respektuje omezení bez-signálu. Posunulo to pokrok v technologiích – např. vývoj zdrojů provázaných částic a ultrarychlých detektorů – které nyní pohánějí revoluci v oblasti výpočetní techniky a kryptografie. Při hledání výjimek často nacházíme poučení. A pokud nějaká výjimka skutečně existuje, není pochyb, že ji zvídavé mysli nakonec najdou.

Možná jednoho dne průlom v kvantové gravitaci nebo neočekávaný experimentální výsledek ukáže cestu ke skutečné metodě okamžitého přenosu informací. Takový objev by obrátil naruby mnohé, co považujeme za samozřejmé, a vyžadoval by nové zákony, které by rozšířily nebo nahradily Einsteinovy. Umožnil by téměř magické možnosti: komunikaci v reálném čase s mezihvězdnými průzkumníky nebo mimozemšťany a koordinaci napříč galaktickými vzdálenostmi. Ale do té doby se musíme spokojit s komunikací rychlostí světla (a pomalejší) – omezenou, ale spolehlivou a bezpečně kauzální. Snahy o FTL komunikaci stojí na hranici vědy a science fiction a inspirují stejně odvážné nápady jako varovné příběhy. Jak fyzik Paul Sutter sarkasticky připomíná, „nikdo se nedozví nic předem“ díky provázání – příroda si svá tajemství dobře střeží ^[51]. A pokud víme, rychlostní limit přírody je jedno tajemství, kterého se zatím nechce vzdát. Prozatím zůstává kosmický rychlostní limit světla nepřekonán a naše zprávy putují vesmírem na světelných paprscích, trpělivě čekající na odpověď.

Zdroje: Současná vědecká literatura a odborné komentáře k teorii relativity, kvantové fyzice a výzkumu rychlejšímu než světlo, včetně recenzovaných studií a renomovaných vědeckých zpravodajských serverů ^[52], ^[53], ^[54], ^[55], ^[56] a další.