Посоката на причините и следствията за квантовите обекти бе поставена под съмнение преди повече от десетилетие, но нови изчисления могат да предложат начин за възстановяването ѝ.
Първо идва причината, а след това идва следствието, но винаги ли е така? Този ред на събитията вече е бил нарушаван в квантовия свят, като е възможно едновременно да се случат както А-причинява-В, така и В-причинява-А.
Но нов математически анализ показва, че тази квантова странност може да бъде ограничена от самата структура на пространство-времето.
В продължение на повече от десетилетие физиците се занимават с идеята за неопределеност на причинно-следствения ред - случаи, при които е невъзможно да се каже дали причината е настъпила преди следствието, или обратното, защото двата сценария са в квантова суперпозиция, в която и двата сценария са верни едновременно и двата не са верни едновременно.
В статия, публикувана през 2012 г., Часлав Брукнер (Časlav Brukner) от Виенския университет, Австрия, предполага, че времевата последователност от две събития, точно като позициите на една частица или траекторията, която е поела, също може да съществува в суперпозиция. Това би означавало, че стрелата на времето може да има резки пречупвания в траекторията си.
Тази радикална ревизия на времето изглежда, че е подкрепена от реални експерименти. През 2015 г. Филип Валтер (Philip Walther) от Виенския университет и колегите му наблюдават как фотон преминава през две врати, A и B, в неопределен ред, което означава, че е невъзможно да се каже дали преминава през врата A и след това B, или през врата B и след това A – неговата траектория е суперпозиция на двете.
И Алис, и Боб могат да променят квантовото състояние на фотон, преминаващ през тях, произвеждайки различен резултат в зависимост от реда на действието. Но ако пътят на фотона е в квантова суперпозиция, е невъзможно да се каже, през кой е минал първо.
Това допълнително утвърждава неопределеността на причинно-следствения ред като неизбежна странност на квантовата теория.
"Причинно-следствената последователност е от централно значение за това как обясняваме как работят нещата. Наблюдаваме нещата около нас и искаме да се запитаме: "Защо се случва това?", заявява В. Виласини (V. Vilasini) от Университета Гренобълски Алпи във Франция.
За да изследват по-задълбочено причинно-следствената връзка, тя и Ренато Ренер (Renato Renner) от ETH Цюрих в Швейцария се информират от две основополагащи теории. Първата е квантовата теория на информацията, в която причината и следствието са свързани чрез потока от информация. Втората е Специалната теория на относителността на Алберт Айнщайн, която предполага, че всяко причинно-следствено влияние трябва да е по-бавно от скоростта на светлината.
Това второ ограничение описва пространство-времето, в което живеем, и вгражда в структурата му ясна представа за преди и след. Експериментите, които се характеризират с неопределена причинно-следствена връзка, се случват в същото пространство-време, но изглежда противоречат на тази структура, отбелязва Кристина Джармати (Christina Giarmatzi) от университета Макуори в Австралия.
Виласини и Ренер извеждат две теореми, които имат за цел да преодолеят това противоречие.
Първата гласи, че за да се обърка причинно-следствената връзка, информацията за съответния обект трябва да стане нелокализирана - разпръсната в пространство-времето, вместо да се съдържа на едно място, например в детектор. Да кажем, че двама души, Алис и Боб, си разменят частица светлина, за която конвенционалната причинност може да не се прилага. За да може частицата да пристигне, преди тя да я изпрати, Алис ще трябва да се "превърне в супа", обяснява Пабло Ариги (Pablo Arrighi) от Университета Париж-Саклай. Забележително е, че превръщането на Алис в супа не е забранено от квантовата механика.
| Илюстрацията вдясно показва промяната на вълновата функция на електрона при преминаването му през двата процепа. Степента на сивото представя плътността на вероятността на присъствието на електрона. Действителният размер на електрона всъщност много по-малък от областта на вероятността от присъствието му. Вижда се ясно, че електронът “интерферира със себе си”: интерференчните ленти са ясно забележими при преминаването през двата процепа както след преградата, така и преди нея. |  Схема: fr.wikipedia |
Но втората теорема е по-ограничаваща. В нея екипът установява, че ако успеете да разгледате даден процес достатъчно внимателно, ще видите, че причинно-следствената връзка в крайна сметка се появява сред най-фините му детайли. Можем да мислим за А-причинява-В по един по-фин начин: А всъщност е поредица от събития, наречени А1, А2 и А3, а В е разделено по същия начин. Можем да видим А-причинява-В и също така В-причинява-А, но при по-внимателно разглеждане може да се окаже, че А1 причинява В1, В2 причинява А2 и А3 причинява В3. Ренер казва, че всички експерименти досега, които са отчели неопределен каузален ред, могат да бъдат интерпретирани като каузални чрез подобен zooming-in (приближаване).
Часлав Брукнер казва, че макар и да е възможно изследователите да получат повече информация чрез този вид прецизен подход, тази информация може да не е от значение за светлинните частици или други квантови обекти.
Брукнер не поставя под съмнение резултатите, а само техните заключения.
"Ако математиката на една теорема е вярна, то тя трябва да е вярна. Но какво означава тя и кога е уместна, ето къде можем да не се съгласим", отбелязва Брукнер.
Ариги заявява, че заемането на категорична позиция относно правдоподобността на неопределеността на случайния ред във всеки конкретен експеримент може да се сведе до това как изследователят интерпретира самата квантова теория. За Джармати въпросът може да бъде решен само с повече експерименти.
Същевременно Ариги подчертава, че двете теореми подтикват към изследване на възможностите за съчетаване на теорията на относителността и квантовата теория. По-конкретно, работата не изследва какво би могло да се случи, ако самото пространство-време е квантово. Това открива изкушаващата възможност, че в рамките на една пълноценна теория на квантовата гравитация - към която физиците се стремят от десетилетия - причинно-следствената връзка отново може да бъде застрашена.
Справка:
Fundamental Limits for Realizing Quantum Processes in Spacetime; V. Vilasini and Renato Renner; Phys. Rev. Lett. 133, 080201 – Published 22 August 2024; DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.080201
Embedding cyclic information-theoretic structures in acyclic space-times: No-go results for indefinite causality; V. Vilasini and Renato Renner; Phys. Rev. A 110, 022227 – Published 29 August 2024; DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.110.022227
Източник: Cause and effect may not actually be muddled in the quantum realm, New Scientist
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари