Kvantemekanikkens rare: hvordan fremtiden kan påvirke fortiden

Kvantemekanikkens rare: hvordan fremtiden kan påvirke fortiden

Tidsstempel: 8. mars 2023 9:55
Kilde node: 1999524
08. mars 2023 (Nanowerk Nyheter) I 2022, fysikk Nobelprisen ble tildelt for eksperimentelt arbeid som viser at kvanteverdenen må bryte noen av våre grunnleggende intuisjoner om hvordan universet fungerer. Mange ser på disse eksperimentene og konkluderer med at de utfordrer "lokalitet" - intuisjonen om at fjerne objekter trenger en fysisk formidler for å samhandle. Og faktisk, en mystisk forbindelse mellom fjerne partikler ville være en måte å forklare disse eksperimentelle resultatene på. Andre mener i stedet at eksperimentene utfordrer "realismen" - intuisjonen om at det er en objektiv tilstand som ligger til grunn for vår erfaring. Forsøkene er tross alt bare vanskelige å forklare hvis målingene våre antas å samsvare med noe ekte. Uansett er mange fysikere enige om det som har blitt kalt "eksperimentdøden" av lokal realisme. Men hva om begge disse intuisjonene kan reddes, på bekostning av en tredje? En voksende gruppe eksperter mener at vi i stedet bør forlate antagelsen om at nåværende handlinger ikke kan påvirke tidligere hendelser. Kalt "retrokausalitet", hevder dette alternativet å redde både lokalitet og realisme.

Årsakssammenheng

What is causation anyway? Let’s start with the line everyone knows: correlation is not causation. Some correlations are causation, but not all. What’s the difference? Consider two examples. (1) There’s a correlation between a barometer needle and the weather – that’s why we learn about the weather by looking at the barometer. But no one thinks that the barometer needle is causing the weather. (2) Drinking strong coffee is correlated with a raised heart rate. Here it seems right to say that the first is causing the second. The difference is that if we “wiggle” the barometer needle, we won’t change the weather. The weather and the barometer needle are both controlled by a third thing, the atmospheric pressure – that’s why they are correlated. When we control the needle ourselves, we break the link to the air pressure, and the correlation goes away. But if we intervene to change someone’s coffee consumption, we’ll usually change their heart rate, too. Causal correlations are those that still hold when we wiggle one of the variables. These days, the science of looking for these robust correlations is called “causal discovery”. It’s a big name for a simple idea: finding out what else changes when we wiggle things around us. In ordinary life, we usually take for granted that the effects of a wiggle are going to show up later than the wiggle itself. This is such a natural assumption that we don’t notice that we’re making it. But nothing in the scientific method requires this to happen, and it is easily abandoned in fantasy fiction. Similarly in some religions, we pray that our loved ones were are among the survivors of yesterday’s shipwreck, say. We’re imagining that something we do now can affect something in the past. That’s retrocausality.

Kvanteretrokausalitet

Kvantetrusselen mot lokalitet (at fjerne objekter trenger en fysisk formidler for å samhandle) stammer fra et argument fra Nord-Irland fysiker John Bell på 1960-tallet. Bell vurderte eksperimenter der to hypotetiske fysikere, Alice og Bob, hver mottar partikler fra en felles kilde. Hver velger en av flere måleinnstillinger, og registrerer deretter et måleresultat. Gjentatt mange ganger, genererer eksperimentet en liste med resultater. Bell innså at kvantemekanikken spår at det vil være merkelige korrelasjoner (nå bekreftet) i disse dataene. De så ut til å antyde at Alices valg av setting har en subtil "ikke-lokal" innflytelse på Bobs utfall, og omvendt - selv om Alice og Bob kan være lysår fra hverandre. Bells argument sies å utgjøre en trussel mot Albert Einsteins teori om spesiell relativitet, som er en vesentlig del av moderne fysikk. Men det er fordi Bell antok at kvantepartikler ikke vet hvilke målinger de kommer til å møte i fremtiden. Retrokausale modeller foreslår at Alices og Bobs målevalg påvirker partiklene tilbake ved kilden. Dette kan forklare de merkelige sammenhengene, uten å bryte den spesielle relativitetsteorien. I det siste arbeidet, vi har foreslått en enkel mekanisme for den merkelige korrelasjonen – den involverer et kjent statistisk fenomen kalt Berksons skjevhet (se vårt populære sammendrag her). Det er nå en blomstrende gruppe forskere som jobber med kvanteretrokausalitet. Men det er fortsatt usynlig for noen eksperter på det bredere feltet. Det blir forvirret for et annet syn kalt "superdeterminisme".

Superdeterminisme

Superdeterminisme er enig med retrokausalitet i at målevalg og de underliggende egenskapene til partiklene på en eller annen måte er korrelert. Men superdeterminisme behandler det som korrelasjonen mellom været og barometernålen. Den forutsetter at det er en mystisk tredje ting - en "superbestemmer" - som kontrollerer og korrelerer både våre valg og partiklene, måten atmosfærisk trykk kontrollerer både været og barometeret. Så superdeterminisme benekter at målingsvalg er ting vi står fritt til å vrikke på etter eget ønske, de er forhåndsbestemt. Frie vrikker ville bryte korrelasjonen, akkurat som i barometertilfellet. Kritikere protesterer at superdeterminisme dermed undergraver kjerneantakelser som er nødvendige for å gjennomføre vitenskapelige eksperimenter. De sier også at det betyr å nekte fri vilje, fordi noe styrer både målevalgene og partikler. Disse innvendingene gjelder ikke retrokausalitet. Retrokausalister gjør vitenskapelige årsaksoppdagelser på den vanlige frie, slingrende måten. Vi sier at det er folk som avviser retrokausalitet som glemmer den vitenskapelige metoden, hvis de nekter å følge bevisene dit den fører.

bevis

Hva er beviset for retrokausalitet? Kritikere ber om eksperimentelle bevis, men det er den enkle biten: de relevante eksperimentene har nettopp vunnet en Nobelpris. Den vanskelige delen er å vise at retrokausalitet gir den beste forklaringen på disse resultatene. Vi har nevnt potensialet for å fjerne trusselen mot Einsteins spesielle relativitetsteori. Det er et ganske stort hint, etter vårt syn, og det er overraskende at det har tatt så lang tid å utforske det. Forvirringen med superdeterminisme ser hovedsakelig ut til å ha skylden. I tillegg, we og andre har hevdet at retrokausalitet gir bedre mening med det faktum at mikroverdenen av partikler ikke bryr seg om forskjellen mellom fortid og fremtid. Vi mener ikke at det hele er ren seiling. Den største bekymringen om retrocausation er muligheten for å sende signaler til fortiden, og åpne døren til paradoksene ved tidsreiser. Men for å gjøre et paradoks, må effekten i fortiden måles. Hvis vår unge bestemor ikke kan lese rådene våre om å unngå å gifte seg med bestefar, noe som betyr at vi ikke ville komme til å eksistere, er det ikke noe paradoks. Og i kvantetilfellet er det velkjent at vi aldri kan måle alt på en gang. Likevel er det arbeid å gjøre med å utforme konkrete retrokausale modeller som håndhever denne begrensningen at du ikke kan måle alt på en gang. Så vi avslutter med en forsiktig konklusjon. På dette stadiet er det retrokausalitet som har vinden i seilene, så skrog ned mot den største premien av alle: å redde lokalitet og realisme fra "død ved eksperiment".

Tidstempel:

Mer fra Nanowerk