Fysikere yder støtte til retrocausal kvanteteori, hvor fremtiden påvirker fortiden

(Phys.org) - Selv om der er mange modintuitive ideer i kvanteteorien, tanken om, at påvirkninger kan rejse baglæns i tiden (fra fremtiden til fortiden) er generelt ikke en af ​​dem. Imidlertid, for nylig har nogle fysikere undersøgt denne idé, kaldet "retrocausality, "fordi det potentielt kan løse nogle mangeårige gåder inden for kvantefysik. Især hvis retrocausalitet er tilladt, så kan de berømte Bell-tests tolkes som bevis for retrocausality og ikke for action-in-a-distance-et resultat, Einstein og andre, der er skeptiske over for den "uhyggelige" ejendom, kan have værdsat.

I et nyt papir udgivet i Proceedings of The Royal Society A , fysikere Matthew S. Leifer ved Chapman University og Matthew F. Pusey ved Perimeter Institute for Theoretical Physics har givet ny teoretisk støtte til argumentet om, at hvis der tages visse rimeligt forudsætninger, så skal kvanteteorien være retrocausal.

Appellen om retrocausality

Først, at præcisere, hvad retrocausalitet er og ikke er:Det betyder ikke, at signaler kan kommunikeres fra fremtiden til fortiden - sådan signalering ville være forbudt selv i en retrocausal teori på grund af termodynamiske årsager. I stedet, retrocausality betyder, at når en eksperimentator vælger måleindstillingen, som en partikel skal måles med, denne beslutning kan påvirke egenskaberne af denne partikel (eller en anden partikel) tidligere, selv før eksperimentatoren tog deres valg. Med andre ord, en beslutning truffet i nuet kan påvirke noget i fortiden.

I de originale Bell -test, fysikere antog, at retrocausale påvirkninger ikke kunne ske. Følgelig, for at forklare deres observationer, at fjerne partikler umiddelbart ser ud til at vide, hvilken måling der foretages på den anden, den eneste levedygtige forklaring var handling-på-afstand. Det er, partiklerne påvirker på en eller anden måde hinanden, selv når de adskilles af store afstande, på måder, der ikke kan forklares med nogen kendt mekanisme. Men ved at give mulighed for, at måleindstillingen for den ene partikel retrocausalt kan påvirke den anden partikels adfærd, der er ikke behov for handling på afstand-kun retrocausal indflydelse.

Generalisering af retrocausalitet:med eller uden en reel kvantetilstand

En af de vigtigste fortalere for retrocausalitet i kvanteteorien er Huw Price, filosofiprofessor ved University of Cambridge. I 2012, Price fremsatte et argument, der tyder på, at enhver kvante teori, der antager, at 1) kvantetilstanden er reel, og 2) kvanteverdenen er tidssymmetrisk (at fysiske processer kan køre frem og tilbage, mens de beskrives af de samme fysiske love) skal give mulighed for retrocausale påvirkninger. Forståeligt nok, imidlertid, tanken om retrocausalitet har generelt ikke fanget fysikerne.

"Der er en lille gruppe fysikere og filosoffer, der synes, at denne idé er værd at forfølge, herunder Huw Price og Ken Wharton [en fysikprofessor ved San José State University], "Fortalte Leifer Phys.org . "Der er ikke, så vidt jeg ved, en generelt aftalt fortolkning af kvanteteori, der genopretter hele teorien og udnytter denne idé. Det er mere en idé til en fortolkning i øjeblikket, så jeg tror, ​​at andre fysikere med rette er skeptiske, og det er os, der skal udføre ideen. "

I den nye undersøgelse, Leifer og Pusey forsøger at gøre dette ved at generalisere Price's argument, hvilket måske gør det mere tiltalende i lyset af anden nyere forskning. De begynder med at fjerne Price's første antagelse, så argumentet holder, om kvantetilstanden er reel eller ej - et spørgsmål, der stadig er til debat. En kvantetilstand, der ikke er reel, ville beskrive fysikernes viden om et kvantesystem frem for at være en sand fysisk egenskab ved systemet. Selvom de fleste undersøgelser tyder på, at kvantetilstanden er reel, det er svært at bekræfte den ene eller den anden måde, og muliggør retrocausalitet kan give indsigt i dette spørgsmål. At tillade denne åbenhed med hensyn til realiteten i kvantetilstanden er en af ​​hovedmotivationerne for at undersøge retrocausalitet generelt, Leifer forklarede.

"Grunden til, at jeg synes, at retrocausalitet er værd at undersøge, er, at vi nu har en lang række no-go-resultater om realistiske fortolkninger af kvanteteori, herunder Bells sætning, Kochen-Specker, og nylige beviser for kvantetilstandens virkelighed, "sagde han." Disse siger, at enhver fortolkning, der passer ind i standardrammen for realistiske fortolkninger, skal have funktioner, som jeg vil betragte som uønskede. Derfor, de eneste muligheder ser ud til at være at opgive realismen eller bryde ud af de standardrealistiske rammer.

"At opgive realisme er ret populært, men jeg tror, ​​at dette frarøver videnskaben meget af sin forklaringskraft, og derfor er det bedre at finde realistiske beretninger, hvor det er muligt. Den anden mulighed er at undersøge mere eksotiske realistiske muligheder, som omfatter retrocausalitet, relationisme, og mange verdener. Bortset fra mange verdener, disse er ikke blevet undersøgt meget, så jeg synes, det er værd at forfølge dem alle mere detaljeret. Jeg er ikke personligt engageret i den retrocausale løsning ud over de andre, men det ser ud til at være muligt at formulere det grundigt og undersøge det, og jeg synes, at det burde gøres for flere af de mere eksotiske muligheder. "

Kan ikke have både tidssymmetri og ingen retrocausalitet

I deres papir, Leifer og Pusey omformulerer også den sædvanlige idé om tidssymmetri i fysik, som er baseret på at vende en fysisk proces ved at erstatte t med - t i bevægelsesligningerne. Fysikerne udvikler et stærkere begreb om tidssymmetri her, hvor det ikke kun er muligt at vende en proces, men at sandsynligheden for forekomst er den samme, uanset om processen går fremad eller bagud.

Fysikernes hovedresultat er, at en kvanteteori, der antager både denne slags tidssymmetri, og at retrocausalitet ikke er tilladt, løber ind i en modsigelse. De beskriver et eksperiment, der illustrerer denne modsætning, hvor antagelsen om tidssymmetri kræver, at processerne frem og tilbage har de samme sandsynligheder, men antagelsen om ikke-retrocausalitet kræver, at de er forskellige.

Så i sidste ende koger alt ned til valget om, hvorvidt man vil beholde tidssymmetri eller ikke-retrocausalitet, som Leifer og Puseys argument viser, at du ikke kan have begge dele. Da tidssymmetri ser ud til at være en grundlæggende fysisk symmetri, de hævder, at det giver mere mening at give mulighed for retrocausality. Hvis du gør det, fjernes behovet for handling på afstand i Bell-test, og det ville stadig være muligt at forklare, hvorfor det er forbudt at bruge retrocausalitet til at sende oplysninger.

"Sagen om at omfavne retrocausalitet forekommer mig stærkere af følgende årsager:"Sagde Leifer." Først at have retrocausality muligvis giver os mulighed for at løse de problemer, der rejses af andre no-go-sætninger, dvs. det gør det muligt for os at have Bell-korrelationer uden handling på afstand. Så, selvom vi stadig er nødt til at forklare, hvorfor der ikke er signal til fortiden, det ser ud til, at vi kan kollapse flere gåder til bare et. Det ville ikke være tilfældet, hvis vi opgiver tidssymmetri i stedet.

"Sekund, vi ved, at eksistensen af ​​en tidspil allerede skal redegøres for ved hjælp af termodynamiske argumenter, dvs. det er et træk ved universets særlige randbetingelser og ikke i sig selv en fysiklov. Da evnen til kun at sende signaler ind i fremtiden og ikke til fortiden er en del af definitionen af ​​tidens pil, det forekommer mig sandsynligt, at manglende evne til at signalere ind i fortiden i et retrocausal univers også kunne komme fra særlige randbetingelser, og behøver ikke at være en fysiklov. Tidsymmetri synes mindre sandsynligt at dukke op på denne måde (faktisk vi bruger normalt termodynamik til at forklare, hvordan den tilsyneladende tidsasymmetri, som vi observerer i naturen, stammer fra tidssymmetriske love, snarere end omvendt). "

Som fysikerne forklarer nærmere, hele tanken om retrocausalitet er så vanskelig at acceptere, fordi vi aldrig nogensinde ser det andre steder. Det samme gælder handling-på-afstand. Men det betyder ikke, at vi kan antage, at ingen-retrocausality og no-action-at-a-distance er sandt for virkeligheden generelt. I begge tilfælde, fysikere vil forklare, hvorfor en af ​​disse egenskaber kun dukker op i visse situationer, der er langt væk fra vores daglige observationer.

"En måde at se på alle no-go-sætninger er med hensyn til finjusteringer, "Leifer forklarede." Du bemærker en egenskab ved teoriens forudsigelser, og du antager, at denne egenskab også er sand for virkeligheden. Så viser du, at dette er uforeneligt med at gengive forudsigelserne om kvanteteori, og du har en no-go-sætning.

"For eksempel, i Bells sætning, vi bemærker, at vi ikke kan sende superluminale signaler, så vi antager, at der ikke er nogen superluminal påvirkning i virkeligheden, men dette får os i konflikt med de eksperimentelt observerede forudsigelser. Bemærk, at det i virkeligheden ikke er superluminale påvirkninger i sig selv, der er det største problem. Hvis vi var i stand til at sende signaler hurtigere end lys, ville vi simpelthen sige:'Nå ja, Einstein tog fejl. Relativitetsteorien er bare forkert. ' Og så fortsæt med at lave fysik. Men det er ikke det, der skete:ingen signaler holder stadig på niveauet med det, vi observerer, det er bare, at der er en spænding mellem dette og det, der skal foregå i virkeligheden for at gengive det, vi observerer. Hvis der er superluminal påvirkning, hvorfor kan vi så ikke observere dem direkte? Dette er det puslespil, der råber til forklaring. "

Implikationer og spørgsmålstegn ved antagelser

Hvis retrocausalitet er et træk ved kvanteverdenen, så ville det have store konsekvenser for fysikernes forståelse af kvanteteoriens grundlag. Måske er den største betydning implikationen for Bell -testene, viser, at fjerne partikler virkelig ikke kan påvirke hinanden, men snarere - som Einstein og andre mente - at kvanteteorien er ufuldstændig. Hvis de nye resultater er sande, så kan retrocausalitet være en af ​​de manglende stykker, der gør kvanteteorien komplet.

"Jeg tror, ​​at forskellige fortolkninger [af kvanteteori] har forskellige implikationer for, hvordan vi kan gå frem til at generalisere standardkvanteteori, "Sagde Leifer." Dette kan være nødvendigt for at konstruere den korrekte teori om kvantegravitation, eller endda at løse nogle problemer inden for højenergifysik, da foreningen af ​​de tre andre kræfter stadig er i luften i lyset af LHC-resultater. Så jeg tror, ​​at fremtidige teorier bygget på ideerne om eksisterende fortolkninger er, hvor vi kan se en forskel, men ganske vist er vi ret langt fra at finde ud af, hvordan dette kan fungere i øjeblikket.

"Specifikt, hvis der er retrocausality i universet, så er det måske sådan, at der er visse epoker, måske nær det store brag, hvor der ikke findes en bestemt kausalitetspil. Du kan forestille dig, at en underskrift fra en sådan æra kan dukke op i kosmologiske data, såsom den kosmiske mikrobølge baggrund. Imidlertid, det er meget spekulativt, og jeg aner ikke, hvilke underskrifter vi kan forvente endnu. "

Fysikerne har ikke foretaget eksperimenter for at teste retrocausalitet - men da ideen mere er en fortolkning af observationer frem for at foretage nye observationer, hvad der er mest brug for er måske ikke en test, men mere teoretisk støtte.

"Hvad angår direkte eksperimentelle test af retrocausalitet, status er ikke meget forskellig fra andre ting i grundlaget for kvantemekanik, "Sagde Leifer." Vi tester aldrig isoleret en antagelse, men altid i forbindelse med mange andre, og så må vi beslutte, hvilken vi skal afvise på andre grunde. For eksempel, du tror måske, at klokkeeksperimenter viser, at naturen er ikke -lokal, men kun hvis du først har besluttet at acceptere andre antagelser, såsom realisme og ikke-retrocausality. Så, du vil måske sige, at Bell -eksperimenter allerede giver bevis for retrocausalitet, hvis du er tilbøjelig til at afvise realisme eller lokalitet. Tilsvarende den slags eksperimenter, vi beskriver i vores papir, giver nogle beviser for retrocausalitet, men kun hvis du nægter at afvise de andre antagelser.

"Faktisk, situationen er virkelig den samme i alle videnskabelige eksperimenter. Der er en lang række antagelser om arbejdet i det eksperimentelle apparat, som du skal acceptere for at konkludere, at eksperimentet viser den effekt, du leder efter. Det er bare det, for kvantefundamenter, emnet er meget kontroversielt, så vi er mere tilbøjelige til at stille spørgsmålstegn ved grundlæggende antagelser, end vi er i tilfælde af, sige, et lægemiddelforsøg. Imidlertid, sådanne antagelser er der altid, og det er altid muligt at stille spørgsmålstegn ved dem. "

© 2017 Phys.org