Дивність квантової механіки: як майбутнє може вплинути на минуле

08 березня 2023 (Новини Nanowerk) У 2022 році Нобелівська премія з фізики був нагороджений за експериментальну роботу, яка показує, що квантовий світ повинен зламати деякі з наших фундаментальних уявлень про те, як працює Всесвіт. Багато хто дивиться на ці експерименти і робить висновок, що вони кидають виклик «локальності» — інтуїції про те, що віддалені об’єкти потребують фізичного посередника для взаємодії. І справді, таємничий зв’язок між віддаленими частинками був би одним із способів пояснити ці експериментальні результати. Інші натомість вважають, що експерименти кидають виклик «реалізму» — інтуїції того, що в основі нашого досвіду лежить об’єктивний стан речей. Зрештою, експерименти важко пояснити лише в тому випадку, якщо вважають, що наші вимірювання відповідають чомусь реальному. У будь-якому випадку багато фізиків погоджуються те, що називають «смертю через експеримент» місцевого реалізму. Але що, якщо обидві ці інтуїції можна зберегти за рахунок третьої? Зростаюча група експертів вважає, що ми повинні замість цього відмовитися від припущення, що теперішні дії не можуть вплинути на минулі події. Цей варіант, який називається «ретрокаузальністю», стверджує, що рятує як локальність, так і реалізм.

Причина

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.

Квантова ретрокаузальність

Квантова загроза місцевості (те, що віддалені об’єкти потребують фізичного посередника для взаємодії) випливає з аргументу Північної Ірландії фізик Джон Белл в 1960-х роках. Белл розглядав експерименти, в яких два гіпотетичних фізики, Аліса і Боб, отримують частинки зі спільного джерела. Кожен обирає один із кількох параметрів вимірювання, а потім записує результат вимірювання. Експеримент, повторений багато разів, генерує список результатів. Белл зрозумів, що квантова механіка передбачає, що в цих даних будуть дивні кореляції (тепер підтверджені). Здавалося, вони означають, що вибір Алісою обстановки має тонкий «нелокальний» вплив на результат Боба, і навпаки – навіть якщо між Алісою та Бобом можуть бути світлові роки. Кажуть, що аргумент Белла становить загрозу спеціальної теорії відносності Альберта Ейнштейна, яка є важливою частиною сучасної фізики. Але це тому, що Белл припустив, що квантові частинки не знають, з якими вимірюваннями вони зіткнуться в майбутньому. Ретрокаузальні моделі припускають, що вибір вимірювання Аліси та Боба впливає на частинки в джерелі. Це може пояснити дивні кореляції, не порушуючи спеціальної теорії відносності. В останній роботі, ми запропонували простий механізм дивної кореляції – він включає знайоме статистичне явище, яке називається зміщенням Берксона (дивіться наше популярне резюме тут). Зараз існує процвітаюча група вчених, які працюють над квантовою ретропричинністю. Але це все ще непомітно для деяких експертів у ширшій галузі. Його плутає інший погляд під назвою «супердетермінізм».

Супердетермінізм

Супердетермінізм погоджується з ретрокаузальністю, що вибір вимірювання та основні властивості частинок якимось чином корелюють. Але супердетермінізм розглядає це як кореляцію між погодою та стрілкою барометра. Він припускає, що існує якась таємнича третя річ – «супердетермінатор» – яка контролює та співвідносить наші вибори та частинки, як атмосферний тиск контролює погоду та барометр. Таким чином, супердетермінізм заперечує, що вибір вимірювання — це те, чим ми вільні ворушити за своїм бажанням, вони заздалегідь визначені. Вільне ворушіння порушило б кореляцію, як і у випадку з барометром. Критики заперечують що супердетермінізм таким чином підриває основні припущення, необхідні для проведення наукових експериментів. Кажуть також, що це означає заперечення свободи волі, тому що щось контролює як варіанти вимірювання, так і частки. Ці заперечення не стосуються ретрокаузальності. Ретрокаузалісти роблять наукові відкриття причинно-наслідкових зв’язків у звичайний вільний, хитрий спосіб. Ми кажемо, що люди, які відкидають ретрокаузальність, забувають науковий метод, якщо відмовляються слідувати доказам, куди вони ведуть.

Докази

Що є доказом ретрокаузальності? Критики вимагають експериментальних доказів, але це найлегше: відповідні експерименти щойно отримали Нобелівську премію. Складна частина полягає в тому, що ретрокаузальність дає найкраще пояснення цих результатів. Ми згадували про можливість усунути загрозу спеціальної теорії відносності Ейнштейна. На нашу думку, це досить серйозний натяк, і дивно, що на його вивчення знадобилося так багато часу. Здається, головна винна плутанина з супердетермінізмом. В додаток, we та інші стверджували, що ретропричинність краще пояснює той факт, що мікросвіту частинок байдужа різниця між минулим і майбутнім. Ми не маємо на увазі, що все просто. Найбільше занепокоєння з приводу ретрокаузації викликає можливість посилати сигнали в минуле, відкриваючи двері парадоксам подорожей у часі. Але щоб зробити парадокс, слід виміряти ефект у минулому. Якщо наша молода бабуся не може прочитати нашу пораду не виходити заміж за дідуся, тобто ми б не існували, парадоксу немає. А в квантовому випадку добре відомо, що ми ніколи не можемо виміряти все одночасно. Тим не менш, ще потрібно попрацювати над розробкою конкретних ретропричинних моделей, які б закріпили це обмеження, згідно з яким ви не можете виміряти все відразу. Отже, ми закінчимо з обережним висновком. На цьому етапі саме ретропричинність має вітер у вітрилах, тож рухайтеся до найбільшої нагороди: збереження локальності та реалізму від «смерті через експеримент».

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• джерело: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62524.php