Возможно ли создать компьютер, работающий на гравитации? Как физики планируют вычислять с помощью пространства-времени

Мы привыкли думать о гравитации как о силе, которая притягивает яблоки к земле и удерживает планеты на их орбитах. Это фундаментальная, но будто бы пассивная сила — фоновая музыка Вселенной. Но что, если это не так? Что, если сама ткань реальности, пространство-время, может быть не просто сценой для событий, а активным участником, способным обрабатывать и изменять информацию? Новая работа группы европейских физиков предлагает взглянуть на гравитацию именно под этим углом, закладывая теоретический фундамент для компьютеров, которые могут работать на самой основе мироздания.

Два лица одной теории

В основе этой идеи лежит одно из самых красивых противоречий в физике XX века, рождённое гением Альберта Эйнштейна. Его специальная теория относительности (СТО) описывает пространство-время как жёсткую, неизменную сцену. В ней действуют строгие правила: ничто не может двигаться быстрее света, а причинность — священна. Событие А всегда происходит до события Б.

Однако спустя десять лет Эйнштейн представил общую теорию относительности (ОТО), и эта прочная сцена превратилась в нечто куда более интересное — в гибкий батут. Согласно ОТО, массивные объекты, такие как звёзды и планеты, продавливают пространство-время своей массой. И эта кривизна диктует, как должны двигаться другие объекты и даже лучи света.

И вот тут возникает ключевой вопрос: если пространство-время можно искривлять, не означает ли это, что можно манипулировать и путём информации, проходящей через него? Можем ли мы так изогнуть реальность, чтобы сообщение, летящее по прямой, свернуло и пришло не к тому адресату? Или, что ещё более ошеломляюще, можем ли мы так исказить причинно-следственные связи, чтобы получить ответ на вопрос, который мы ещё не задали? До недавнего времени это были скорее философские спекуляции. Теперь у нас есть математический инструмент, чтобы подойти к ним всерьёз.

Детективная история для Алисы, Боба и гравитации

Чтобы «поймать гравитацию за руку», физики Элефтериос-Эрмис Целентис и Эмин Баумелер придумали элегантный мысленный эксперимент. Представьте трёх персонажей, классических для криптографии и физики, — Алису, Боба и Чарли. Они обмениваются сообщениями. В обычном, «плоском» пространстве-времени (как в СТО) всё предсказуемо: Алиса отправляет что-то Бобу, Боб получает и отвечает.

А теперь добавим элемент хаоса. Что, если Алиса — не просто участник переписки, а могущественная сущность, способная манипулировать гравитацией? Например, она может на мгновение «подвинуть» массивную планету на пути сигнала от Чарли к Бобу. Сигнал исказится, изменит траекторию и, возможно, придёт к самой Алисе. Или, в ещё более странном сценарии, манипуляция временем приведёт к тому, что Боб получит ответ от Чарли до того, как отправит ему исходное сообщение. Причинность нарушена.

Как же понять, имела ли место такая манипуляция? Целентис и Баумелер вывели уравнение, которое работает как своего рода «детектор лжи» для пространства-времени. После серии обменов сообщениями Алиса, Боб и Чарли могут собрать статистику: кто, что и когда получил. Подставив эти данные в формулу, они могут с математической точностью определить, находились ли они в статичной «реальности СТО» или в гибкой «реальности ОТО», где возможны подобные фокусы.

Самое важное в этой работе — её универсальность. Модель не требует знаний о конкретных законах физики или местоположении героев. Она просто анализирует потоки информации и выявляет аномалии, которые невозможно объяснить без вмешательства гравитации. По сути, это первый шаг от описания гравитации к её использованию в качестве информационного ресурса.

Мечты о гравитационном процессоре

Именно здесь начинается самое интересное. Если мы можем математически описать, как гравитация влияет на информацию, не можем ли мы заставить её работать на нас? Идея «гравитационного компьютера» звучит как научная фантастика, но она логично вытекает из этой работы. Вместо транзисторов и электрических сигналов такой компьютер мог бы использовать целенаправленное перемещение масс для выполнения вычислений.

Конечно, до практической реализации — световые годы. Как отмечают сами авторы, их расчёты пока опираются на сценарии космического масштаба, вроде перемещения планет. Гравитация — невероятно слабая сила. Вы не чувствуете, как ваш письменный стол или чашка кофе искривляют пространство вокруг себя, хотя они это делают.

Тем не менее, технологии не стоят на месте. Сверхточные атомные часы уже сегодня способны улавливать крошечные гравитационные искажения, вызванные даже изменением высоты на несколько сантиметров. Возможно, в будущем развитие таких чувствительных приборов позволит детектировать и даже создавать гравитационные эффекты в лабораторных масштабах.

Другие учёные, комментируя работу, вспоминают и более смелые идеи — например, гипотетическую возможность бросить компьютер в чёрную дыру. Из-за экстремального замедления времени у её горизонта событий он мог бы завершить вычисления, на которые в обычных условиях ушли бы миллиарды лет. Новизна подхода Целентиса и Баумелера в том, что он не привязан к таким экзотическим объектам и может стать универсальным языком для описания «гравитационных вычислений».

Когда «почему» важнее, чем «как»

Пожалуй, самое глубокое следствие этой работы лежит не в области технологий, а в философии науки. Она заставляет нас переосмыслить фундаментальные понятия. Что такое «событие»? Если Алиса может изменить порядок действий для Боба и Чарли, то что вообще означает «нажать на кнопку» или «отправить сообщение»? Где проходит грань между причиной и следствием?

Эта математическая модель открывает дорогу к экспериментальной проверке самых основ реальности. Как спрашивает В. Виласини из Университета Гренобль-Альпы, не могут ли астрофизические явления, которые мы уже наблюдаем, — например, гравитационные волны от слияния чёрных дыр, — нести в себе скрытые подписи тех самых информационных искажений, которые описаны в этой теории? Если да, то мы сможем изучать, как самые мощные катаклизмы во Вселенной «редактируют» ткань реальности в реальном времени.

Так что же мы имеем в итоге? Конечно, не чертёж гравитационного компьютера, который появится в магазинах завтра. Мы получили нечто более ценное: новый язык для диалога с Вселенной. Язык, который позволяет задать ей вопросы о её собственной природе и, возможно, однажды получить ответ. Мы пока не строим гравитационные компьютеры. Мы только учимся читать их исходный код, записанный в самой структуре пространства и времени.