Kvante-årsagsløkker

Normalt, kausal indflydelse antages kun at gå én vej - fra årsag til virkning - og aldrig tilbage fra virkningen til årsagen - ringningen af ​​en klokke forårsager ikke, at der trykkes på knappen, der udløste den. Nu, forskere fra University of Oxford og Université libre de Bruxelles har udviklet en teori om kausalitet i kvanteteori, ifølge hvilke årsag-virkning relationer nogle gange kan danne cyklusser. Denne teori tilbyder en ny forståelse af eksotiske processer, hvor begivenheder ikke har en bestemt kausal rækkefølge. Undersøgelsen er offentliggjort i Naturkommunikation .

En af måderne, hvorpå kvanteteorien trodser klassiske intuitioner, er ved at udfordre vores ideer om kausalitet. Kvantesammenfiltring kan bruges til at producere korrelationer mellem fjerne eksperimenter, der vides at undgå tilfredsstillende årsagsforklaringer inden for rammerne af klassiske årsagsmodeller. Desuden, en forening af kvanteteori og tyngdekraft forventes at tillade situationer, hvor rumtidens kausale struktur er underlagt kvanteuendelighed, tyder på, at begivenheder slet ikke behøver at være årsagsbestemt.

For nylig, et team af forskere fra Oxford og Bruxelles har udviklet en teori om kausalitet i kvanteteori, hvor kausale begreber er defineret i iboende kvantetermer snarere end at relatere til et emergent klassisk niveau af måleresultater. Dette har givet en kausal forståelse af korrelationerne produceret af sammenfiltrede tilstande. Nu, de har generaliseret teorien for at tillade kausal indflydelse at gå i cyklusser, give en kausal forståelse af processer med begivenheder i ubestemt kausal rækkefølge.

"Nøgletanken bag vores forslag er, at årsagssammenhænge i kvanteteorien svarer til indflydelse gennem såkaldte enhedstransformationer - det er de typer af transformationer, der beskriver udviklingen af ​​isolerede kvantesystemer. Dette er tæt analogt med en tilgang til klassiske kausalmodeller der antager underliggende determinisme og placerer kausale sammenhænge i funktionelle afhængigheder mellem variable, " siger Jonathan Barrett fra University of Oxford. Hovedideen med den nye undersøgelse er at anvende samme princip på processer, hvor rækkefølgen af ​​operationer kan være dynamisk eller endda ubestemt, da en stor klasse af disse processer kan forstås som hidrørende fra enhedstransformationer, også, bare ikke dem, der udfolder sig i en almindelig rækkefølge.

"Tidligere processer med ubestemt kausal rækkefølge blev typisk betragtet som simpelthen uforenelige med enhver årsagssammenhæng. Vores arbejde viser, at en stor klasse af dem - dem, der kan forstås som hidrørende fra enhedsprocesser, og som menes at være dem, der kunne have en fysisk erkendelse i naturen - kunne, faktisk, ses som havende en bestemt kausal struktur, omend en involverer cyklusser, " siger Robin Lorenz, en tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Ideen om cykliske kausale strukturer kan virke kontraintuitiv, men kvanteprocesserammen, inden for hvilken den er formuleret, garanterer, at den er fri for logiske paradokser, såsom muligheden for at gå tilbage i tiden og dræbe dit yngre jeg, " forklarer Ognyan Oreshkov fra Université libre de Bruxelles.

"Eksotiske som de ser ud, nogle af disse scenarier er faktisk kendt for at have eksperimentelle realiseringer, hvor variablerne af interesse er delokaliseret i tid."

Betyder det, at rumtiden ikke har den acykliske kausalstruktur, den normalt antages at have? Ikke nøjagtigt, da i de nævnte eksperimenter de begivenheder, der er kausalt forbundne på en cyklisk måde, ikke er lokale i rumtiden. Imidlertid, forskerne mener, at selve rumtidens kausale struktur kan blive cyklisk på denne kvantemåde i skæringspunktet mellem kvanteteori og generel relativitet. hvor der forventes processer, der er analoge med dem, der kan realiseres i laboratoriet, men hvor begivenhederne er lokale i deres respektive rumtidsreferencerammer.