В квантовом мире частицы могут находиться в неопределенном состоянии, где они не имеют определенного местоположения или скорости. Это называется «суперпозицией».
Для всех нас привычным является то, что наше прошлое определяет наше будущее – поступки, которые мы совершаем приводят нас к чему-то. Это обычное явление, о котором многие даже не задумываются, ведь все кажется таким очевидным, правда же? И да, и нет – несмотря на очевидность происходящего, квантовая физика имеет иное мнение. Нобелевская премия по физике 2022 года подчеркнула проблемы, которые квантовые эксперименты создают для «локального реализма». Однако растущее число экспертов предлагает в качестве решения «ретропричинность», предполагая, что настоящие действия могут влиять на прошлые события, сохраняя тем самым локальность и реализм.
Реальность времени и вызов реализму
Чтобы дальше было хоть капельку проще, следует разобраться – что же такое «локальный реализм». В контексте квантовой механики, локальный реализм означает, что свойства объектов существуют независимо от того, измеряем ли мы их или нет, и что информация об этих свойствах может быть передана только со скоростью, не превышающей скорость света. Это противоположно нелокальному реализму, который предполагает, что свойства объектов не существуют, пока они не измерены, и что информация об этих свойствах может передаваться мгновенно на любые расстояния. Локальный реализм был одним из центральных принципов, приведенных в основополагающей работе Альберта Эйнштейна, Бориса Подольского и Натана Розена, известной как «EPR-парадокс».
Предложенная новая концепция предлагает альтернативный подход к пониманию связей причинности и корреляций (взаимосвязей случайных величин) в квантовой механике. Она считается жизнеспособным объяснением последних революционных экспериментов, потенциально защищающих основные принципы специальной теории относительности Эйнштейна.
В квантовом мире частицы могут быть связаны друг с другом, даже если они находятся на большом расстоянии друг от друга.
В 2022 году Нобелевская премия по физике была присуждена за экспериментальную работу, демонстрирующую, что квантовый мир может нарушать некоторые из наших фундаментальных представлений о том, как функционирует Вселенная.
Читайте также: Почему для детей время течет не так, как для взрослых.
Некоторые смотрят на эти эксперименты и считают, что они подвергают сомнению «локальность» — идею, что отдаленные объекты должны взаимодействовать через физического посредника. Некоторые также считают, что эти эксперименты подвергают сомнению «реализм» — идею, что опыт основывается на объективной реальности. В конечном итоге многие физики приходят к выводу, что «локальный реализм» умирает.
Однако, растущая группа экспертов считает, что мы можем сохранить оба этих понятия, используя третий подход. Они предлагают отказаться от предположения, что настоящие действия не могут влиять на прошлые события. Этот вариант, называемый «ретропричинностью», претендует на сохранение как локальности, так и реализма.
Может ли будущее влиять на прошлое?
Что же такое причинность? Начнем с известной всем фразы: корреляция не является причинно-следственной связью. Некоторые корреляции являются причинно-следственными связями, но не все. В чем же разница?
Ученые предлагают рассмотреть два примера. Один из них предполагает, что между иглой барометра и погодой существует корреляция — поэтому мы можем узнать о погоде, глядя на барометр. Однако никто не считает иглу барометра причиной погоды. Во втором примере говорится, что употребление кофе связано с повышением частоты сердечных сокращений. Здесь правильно сказать, что первое вызывает второе.
В квантовом мире есть не только частицы, но и волны, которые могут проходить через одновременно несколько пространственных путей.
Разница заключается в том, что если мы «покачаем» иглу барометра, то погода не изменится. Игла барометра и погода управляются третьим фактором — атмосферным давлением, поэтому они связаны. Если мы сами управляем иглой, мы нарушаем связь с атмосферным давлением, и корреляция исчезает.
Но если мы вмешиваемся, чтобы изменить потребление кофе, мы обычно изменим и частоту сердечных сокращений. Причинные корреляции – это те, которые сохраняются, когда мы меняем одну из переменных.
Может быть интересно – что такое четырехмерное пространство?
Сегодня наука, занимающаяся поиском таких устойчивых корреляций, называется «обнаружением причинно-следственных связей». Это громкое название для простой идеи: выяснить, что еще меняется, когда мы изменяем окружающую нас среду.
В повседневной жизни мы обычно считаем само собой разумеющимся, что последствия колебаний проявятся позже, чем сами колебания. Это предположение настолько естественно, что мы даже не замечаем, что делаем его.
Квантовая ретропричинность и ее значение
Квантовая угроза локальности (что удаленные объекты нуждаются в физическом посреднике для взаимодействия) проистекает из аргумента североирландского физика Джона Белла в 1960-х годах. Белл рассмотрел эксперименты, в которых два гипотетических физика, Алиса и Боб, получают частицы из общего источника. Каждый выбирает одну из нескольких настроек измерения, а затем записывает результат. Повторяясь много раз, эксперимент создает список результатов.
Белл осознал, что квантовая механика предсказывает наличие странных взаимосвязей в данных (которые теперь подтверждены). Эти корреляции подразумевают, что выбор настройки Алисы влияет на результат Боба и наоборот, даже если Алиса и Боб находятся на большом расстоянии друг от друга. Этот аргумент Белла представляет угрозу для теории специальной относительности Альберта Эйнштейна, которая является важной частью современной физики.
Существует некоторое количество экспериментов, которые могут поддерживать идею квантовой ретропричинности. Например, эксперименты с фотонами, которые предоставили некоторые доказательства того, что они могут обмениваться информацией о своих свойствах в прошлом.
Однако Белл предположил, что квантовые частицы не знают, какие измерения будут произведены в будущем. Ретропричинные модели утверждают, что выбор измерений Алисы и Боба влияет на частицы, находящиеся в источнике. Это может объяснить странные корреляции без нарушения специальной теории относительности.
По сути, ретропричинность – это свойство квантовых частиц, которое позволяет им вести себя так, будто они влияют на свое прошлое. Это означает, что изменение состояния одной частицы может повлиять на состояние другой частицы, которая находится в прошлом относительно первой.
Могут ли черные дыры быть порталами для путешествий во времени?
Понятие ретропричинности достаточно сложно для понимания, поскольку оно противоречит нашему интуитивному представлению о времени и причинно-следственных связях. Однако именно это свойство квантовых частиц лежит в основе различных квантовых технологий, таких как квантовые компьютеры и квантовая криптография.
В настоящее время существует процветающая группа ученых, занимающихся вопросами квантовой ретропричинности, но эта тема все еще остается невидимой для некоторых экспертов в более широкой области, так как ее путают с другой точкой зрения, называемой «супердетерминизмом».
Теория супердетерминизма и ее влияние на физику
Супердетерминизм согласен с ретропричинностью в том, что выбор измерения и лежащие в его основе свойства частиц каким-то образом связаны.
Но супердетерминизм относится к этому как к взаимосвязи между погодой и иглой барометра. Он предполагает, что существует некая таинственная третья вещь – «супердетерминант», которая контролирует как наш выбор, так и частицы, подобно тому, как атмосферное давление контролирует погоду и барометр.
Супердетерминизм связан с концепцией предопределения. Он утверждает, что все события в прошлом, настоящем и будущем были заранее предопределены и невозможно изменить ход событий.
Таким образом, супердетерминизм отрицает, что выбор измерений – это то, чем мы можем свободно вилять по своему желанию, он предопределен. Свободные колебания нарушат корреляцию, как и в случае с барометром. Критики возражают, что супердетерминизм таким образом подрывает основные предположения, необходимые для проведения научных экспериментов. Они также говорят, что это означает отрицание свободы воли, поскольку что-то управляет и выбором измерений, и частицами.
Эти возражения не относятся к ретропричинности. Они делают научные открытия обычным свободным, волнообразным способом.
Ретропричинность и ее реалистичность
Критики этой гипотезы требуют экспериментальных доказательств, которые, на самом деле, уже получены и были удостоены Нобелевской премии. Теперь главная задача — доказать, что ретропричинность является лучшим объяснением этих результатов.
Одной из причин такой необходимости — возможность устранения угрозы для специальной теории относительности Эйнштейна. Ученые замечают, что это очень важно и удивительно, что изучение этого вопроса заняло столько времени. Сложности возникают из-за путаницы с супердетерминизмом.
В мире крайне много явлений, которые сложно объяснить, вся квантовая физика совершенно меняет наше представление о Вселенной и ее устройстве. Чтобы не запутаться – следует подписаться на наш Telegram и Дзен!
Также, исследователи утверждают, что ретропричинность позволяет лучше понять, что микромир частиц не различает прошлое и будущее.
Однако, возможность посылать сигналы в прошлое вызывает наибольшее беспокойство и открывает дверь к парадоксам путешествий во времени. Но чтобы возник парадокс, необходимо, чтобы эффект в прошлом был измерен. Если, например, молодая бабушка не может прочитать совет – не выходить замуж за дедушку, это означает, что мы бы не появились на свет, то есть парадокса не будет. В квантовом случае известно, что невозможно измерить все сразу.
Тем не менее предстоит работа по созданию конкретных моделей, которые обеспечат соблюдение этого ограничения, что нельзя измерить все сразу.
