پژوهشگران با طراحی یک آزمون ریاضیاتی تازه، امکان استفاده از خمیدگی فضا–زمان برای پردازش اطلاعات را مطرح کردهاند؛ ایدهای که میتواند زمینهساز نسل جدیدی از «رایانههای فضا–زمانی» باشد.
برای دههها، فیزیکدانان در تلاش بودهاند تا ارتباط میان گرانش و نظریه اطلاعات را بهتر درک کنند. اکنون، پژوهشی مشترک از دو فیزیکدان نظری در بلژیک و سوئیس — الفتریوسـارمیس تسلِنتیس (Eleftherios-Ermis Tsellentis) از مدرسه پلیتکنیک بروکسل (École Polytechnique de Bruxelles) و امین باوملر (Amin Baumeler) از دانشگاه لوگانو (Università della Svizzera italiana) — گامی تازه در این مسیر برداشته است.
این پژوهش نشان میدهد که تغییرات هندسی فضا–زمان میتواند بر نحوه انتقال اطلاعات تأثیر بگذارد و حتی شاید بتوان از این پویایی برای انجام محاسبات استفاده کرد.
پژوهشگران سناریویی فرضی با سه بازیگر — آلیس، باب و چارلی — طراحی کردند که در بازههای زمانی مشخصی پیامهایی برای یکدیگر ارسال میکنند. با تحلیل ترتیب زمانی دریافت پیامها، آنها معادلهای بهدست آوردند که نشان میدهد آیا مسیر انتقال اطلاعات، تحت تأثیر تغییر ساختار فضا–زمان دچار اختلال شده است یا نه.
این مدل نیازی به مختصات مکانی، دستگاههای آزمایشگاهی یا دادههای اولیه ندارد و میتواند صرفاً بر اساس ترتیب دریافت پیامها، وجود ساختارهای علی غیرکلاسیک را شناسایی کند.
وارونگی علیت؛ زمانی که علت پس از معلول میآید
یکی از نتایج این مدل، شناسایی وضعیتهایی است که در آن ترتیب سنتی علیت — یعنی ابتدا علت و سپس معلول — ممکن است برهم بخورد. در چنین شرایطی، ممکن است یک بازیگر پاسخ پیامی را پیش از ارسال پیام اولیه دریافت کند؛ پدیدهای که در فیزیک نظری با عنوان «علیت وارونه» (Causal Inversion) شناخته میشود.
امین باوملر میگوید: «برای نخستین بار، توانستیم رابطهای دقیق میان هندسه پویای فضا–زمان و الگوهای انتقال اطلاعات برقرار کنیم؛ گامی که میتواند پایهگذار معماریهای نوین رایانشی باشد.»
رایانههای فضا–زمانی؛ ایدهای علمی یا آیندهای محتمل؟
پابلو آریگی (Pablo Arrighi)، فیزیکدان نظری دانشگاه پاریسـساکله (Université Paris-Saclay)، این پژوهش را نقطه عطفی در پیوند میان علوم رایانه و نظریه نسبیت عام میداند. او میگوید: «اگر میخواهیم از قوانین فیزیک برای پیشبرد رایانش استفاده کنیم، چرا از گرانش بهره نگیریم؟»
او به طرحهایی اشاره میکند که در آن رایانهها در نزدیکی افق رویداد سیاهچالهها قرار میگیرند تا از کندی زمان برای انجام محاسبات پیچیدهتر استفاده کنند. با وجود این، پژوهش تسلِنتیس و باوملر به دلیل ماهیت ریاضیاتی و عدم نیاز به شرایط فیزیکی خاص، از مزیت نظری بیشتری نسبت به ایدههای مشابه برخوردار است.
پیادهسازی عملی این مفاهیم در حال حاضر چالشبرانگیز است. اثرات گرانشی در مقیاسهای روزمره بسیار ضعیفاند و خمیدگیهای ناشی از اجسام معمولی قابلاندازهگیری نیستند. با این حال، فناوریهایی مانند ساعتهای اتمی فوقسرد و آشکارسازهای امواج گرانشی میتوانند در آینده نزدیک امکان ردیابی تغییرات بسیار جزئی در بافت فضا–زمان را فراهم کنند.
وی ویلاسینی (V. Vilasini) از دانشگاه گرونوبل آلپ (Université Grenoble Alpes) نیز این پژوهش را الهامبخش میداند و معتقد است پدیدههایی مانند ادغام سیاهچالهها یا عبور امواج گرانشی از زمین ممکن است دادههایی در اختیار بگذارند که بتوان از آنها برای آزمون «علیت وارونه» بهره برد.
از فیزیک نظری تا معماری اطلاعاتی آینده
پژوهش اخیر شکافی میان فیزیک نظری و نظریه اطلاعات را پر کرده و نشان میدهد که فضا–زمان خود میتواند بستری پویا برای پردازش اطلاعات باشد. اگر این ایدهها در آینده تحقق یابند، شاید روزی رایانههایی ساخته شوند که بهجای استفاده از برق یا نور، از خمیدگیهای دقیق فضا–زمان برای تحلیل دادهها بهره ببرند — رایانههایی که در آنها زمان، گرانش و علیت، اجزای اصلی معماری محاسباتی خواهند بود.