Iako u kvantnoj teoriji postoji mnogo kontraintuktivnih ideja, ideja da uticaji mogu da odu unazad (od budućnosti do prošlosti) generalno nije jedna od njih. Međutim, nedavno su neki fizičari istražili ovu ideju, nazvanu “retrokauzalnost”, jer može potencijalno riješiti neke dugotrajne zagonetke u kvantnoj fizici. Konkretno, ako je dozvoljena retrokauzalnost, onda se poznati Bell testovi mogu tumačiti kao dokaz retrokauzalnosti, a ne za djelovanje na daljinu – što je rezultat koji bi Einstein i drugi skeptični od te “sulude” osobine možda cenili.
U novom članku objavljenom u Zborniku radova Kraljevskog društva A, fizičari Matthew S. Leifer na Univerzitetu Chapman i Matthew F. Pusey na Perimeter institutu za teorijsku fiziku stavili su novu teorijsku podršku argumentu da, ako se urade izvesne razumne pretpostavke onda kvantna teorija mora biti retrokauzalna.
Izgled retrokazalnosti
Prvo, da pojasnimo šta je retrokazalnost i šta nije: to ne znači da se signali mogu prenijeti iz budućnosti u prošlost – takva signalizacija bi bila zabranjena čak i u retrokauzalnoj teoriji zbog termodinamičkih razloga. Umesto toga, retrokazalnost znači da, kada eksperimentator odabere mjerno područje za merenje čestice, ta odluka može utjecati na osobine te čestice (ili druge čestice) u prošlosti, čak i prije nego što je eksperimentator napravio svoj izbor. Drugim rečima, odluka doneta u sadašnjosti može uticati na nešto u prošlosti.
U originalnim Bell testovima, fizičari su pretpostavili da se retrokazalni uticaji ne mogu dogoditi. Shodno tome, kako bi objasnili svoja zapažanja da daleka čestica odmah zna šta se vrši na drugoj, jedino održivo objašnjenje je bilo djelovanje-na-daljinu. To jest, čestice na neki način utiču jedne na druge, čak i kada su na velikim rastojanjima, na načine koji se ne mogu objasniti ni sa jednim poznatim mehanizmom. Ali, dozvoljavajući mogućnost da postavka mjerenja za jednu česticu može retrokauzalno utjecati na ponašanje druge čestice, nema potrebe za djelovanjem-na-daljinu, samo za retrokauzalnim uticajem.
Objedinjavanje retrokausnosti: sa ili bez stvarnog kvantnog stanja
Jedan od glavnih zagovornika retrokazalnosti u kvantnoj teoriji je Huw Price, profesor filozofije na Univerzitetu u Kembridžu. U 2012. godini Price je postavio argument koji ukazuje na to da svaka kvantna teorija koja pretpostavlja da je 1) kvantno stanje stvarno i 2) da je kvantni svet vremenski simetričan (da fizički procesi mogu da se kreću naprijed i unazad dok se opisuju istim fizičkim zakonima) moraju dozvoliti povratne uticaje. Međutim, razumljivo je da ideja o retrokazalnosti nije naišla na odobravanje kod velikog broja fizičara.
“Postoji mala grupa fizičara i filozofa koji misle da je ta ideja vrijedna za razmatranje, uključujući Hju Pricea i Ken Whartona [profesora fizike na Državnom univerzitetu San José]”, rekao je Leifer za Phys.org. “Po mom saznanju ne postoji generalno saglasno tumačenje kvantne teorije koja oporavlja cijelu teoriju i eksploatiše ovu ideju.To je više ideja za tumačenje u ovom trenutku, tako da mislim da su drugi fizičari s pravom skeptični, a odgovornost je na nama da iznesemo tu ideju.”
U novoj studiji, Leifer i Pusey pokušavaju to učiniti generalizacijom argumenta Price-a, što ga možda čini privlačnijim u svjetlu drugih nedavnih istraživanja. Oni počinju tako što uklanjaju prvu pretpostavku Price-a, tako da argument važi da li je kvantno stanje stvarno ili ne – pitanje koje je još uvijek stvar debate. Kvantno stanje koje nije stvarno bi opisalo fizičko znanje o kvantnom sistemu umjesto da bude prava fizička osobina sistema. Iako većina istraživanja ukazuje na to da je kvantno stanje stvarno, teško je potvrditi jedan ili drugi način, a omogućavanje retrokaznosti može pružiti uvid u ovo pitanje. Omogućavanje ove otvorenosti u vezi sa stvarnošću kvantnog stanja je jedan od glavnih razloga za istraživanje retrokauzalnosti uopšte, objasnio je Leifer.
“Razlog za koji smatram da retrokazalnost vredi istraživati je da sada imamo mnoštvo bezizlaznih rezultata o realističkim tumačenjima kvantne teorije, uključujući Bellovu teoremu, Kochen-Specker i nedavne dokaze o stvarnosti kvantnog stanja”, rekao je on. Dodao je: “Oni kažu da svako tumačenje koje se uklapa u standardni okvir za realističku interpretaciju mora imati osobine koje bih smatrao nepoželjnim. Zato, jedine opcije su izgleda napuštanje realizma ili izbjegavanje standardnog realističkog okvira.
“Napuštanje realizma je prilično popularno, ali mislim da ovo pokorava nauku većine svoje objašnjavajuće moći i tako je bolje naći realističke račune gdje je to moguće. Druga opcija je istražiti više egzotične realističke mogućnosti, koji uključuju retrokauzalnost, relacionizam i mnoge svetove. Pored mnogih svetova, ostali nisu mnogo istraženi, tako da mislim da je vredno istražiti sve detalje. Nisam lično posvećen retrokauzalnom rešenju preko i iznad ostalih, ali izgleda da je moguće rigorozno formulisati i istražiti ga, i mislim da bi to trebalo učiniti za nekoliko egzotičnih mogućnosti. “
Ne možemo imati oboje i vremensku simetriju i ne-retrokauzalnost.
U svom radu, Leifer i Pusey takođe reformulišu uobičajenu ideju vremenske simetrije u fizici koja se zasniva na promeni fizičkog procesa zamjenom t sa -t u jednadžbama kretanja. Fizičari razvijaju jači koncept vremenske simetrije ovde u kojem je obrnuti proces ne samo da je moguć, već i da je verovatnoća pojave ista da li se proces odvija napred ili nazad. Glavni rezultat fizičara je da kvantna teorija koja podrazumeva i ovu vrstu simetrije vremena i da retrokazalnost nije dopuštena vodi do kontradiktornosti. Oni opisuju jedan eksperiment koji ilustruje ovu kontradikciju, u kojoj pretpostavka vremenske simetrije zahteva da napred i nazad procesi imaju iste verovatnoće, ali pretpostavka o ne-retrokauzalnosti zahteva da su drugačije. Na kraju, sve se svodi na izbor da li da zadržite vremensku simetriju ili ne-retrokauzalnost, dok argument Leifer-a i Pusey-a pokazuje da ne možete imati oba . Pošto je vremenska simetrija izgleda osnovna fizička simetrija, oni tvrde da je više smisleno dozvoliti retrokauzalnost. To bi eliminisalo potrebu za merenjem u Bell testu na razdaljini, a i dalje bi bilo moguće objasniti zašto je korišćenje retrokazalnosti za slanje informacija zabranjeno. “Slučaj prihvatanja retrokauzalnosti izgleda mi jači iz sljedećih razloga, ” rekao je Leifer. “Prvo, imati retrokauzalnost potencijalno nam omogućava da riješimo pitanja koja dolaze od drugih teorema, tj. omogućava da imamo Bell korelacije bez djelovanja udaljenosti. Dakle, iako još uvijek moramo objasniti zašto nema signaliziranja u prošlost, čini se da možemo srušiti nekoliko zagonetki u samo jednu.To ne bi bilo slučaj ako umesto vremena napustimo simetriju vremena. “Drugo, znamo da postojanje strijele vremena već treba objašnjeno termodinamičkim argumentima, tj. to je karakteristika posebnih graničnih uslova svemira, a ne samog fizičkog zakona. S obzirom da mogućnost slanja signala samo u budućnost, a ne u prošlost, deo je definicije strijele vremena, čini mi se vjerovatno da nemogućnost signalizacije u prošlost u retrokauzalnom univerzumu takođe može nastati iz posebnih graničnih uslova i ne mora biti fizički zakon. Vremenska simetrija
izgleda manje verovatno da se pojavljuje na ovaj način (zapravo, obično koristimo termodinamiku da objasnimo kako očigledna vremenska asimetrija koju posmatramo u prirodi proizilazi iz vremenski simetričnih zakona, a ne obrnuto). “Kao što fizičari objašnjavaju, cela ideja o retrokazalosti je tako teška za prihvatiti jer ju nikada ne vidimo na drugom mestu. Isto važi i za djelovanje na daljinu, ali to ne znači da ne možemo pretpostaviti da nema retrokazalnosti i da djelovanje na udaljenosti nisu istinite za stvarnost uopšte. U svakom slučaju, fizičari žele objasniti zašto se jedna od ovih osobina pojavljuje samo u određenim situacijama koje su daleko od naših svakodnevnih opažanja. “Jedan od načina gledanja na sve ove teške teoreme je fino podešavanje “, objasnio je Leifer.” Primetili ste predviđanje teorije i pretpostavljate da je istinita i za stvarnost. Onda pokažete da je ovo nekompatibilno sa reprodukcijom predviđanja kvantne teorije i da imate teoremu “ne-go” ili teoremu koja nigdje ne vodi. Na primjer, u Bellovoj teoremi primećujemo da ne možemo slati superluminalne signale tako da pretpostavimo da u stvarnosti nema superluminalnih utjecaja, Ali ovo nas dovodi u sukob sa eksperimentalnim posmatranim predviđanjima.Vidimo da nije stvarno supriluminalni koji je najveći problem. Ako smo uspeli da pošaljemo signale brže od svetlosti jednostavno bi rekli: “Oh, dobro, Ajnštajn nije bio u pravu, Teorija relativnosti je samo netačna. ” A onda nastavite sa fizikom. Ali to nije ono što se desilo: ni signalizacija se ne održava na nivou onoga što posmatramo, već samo postoji napetost između ovog i šta se mora odvijati u realnosti kako bi se reprodukovalo ono što posmatramo. Ako postoje supra-lumalni uticaji, zašto ih onda ne možemo direktno posmatrati? Ovo je zagonetka koja preklinje za objašnjenjem. “
Implikacije i ispitivanje pretpostavki
Ako je retrokauzalnost karakteristika kvantnog sveta, onda bi to imalo ogromne implikacije za fizičarsko razumevanje osnova kvantne teorije. Možda je najveći značaj implikacija za Bell testove, što pokazuje da udaljene čestice stvarno ne mogu uticati jedne na druge, već – kao što su Einstein i drugi sumnjali. Kvantna teorija je nepotpuna. Ako su novi rezultati istiniti, onda retrokazalnost može biti jedan od nedostajućih delova koji čine kvantnu teoriju potpunom. “Mislim da različita tumačenja [kvantne teorije] imaju različite implikacije kako možemo da se bavimo generalizacijom standardne kvantne teorije”, rekao je Leifer . “Ovo bi moglo biti potrebno za konstrukciju tačne teorije kvantne gravitacije, ili čak i za rešavanje nekih problema u fizici visoke energije, s obzirom na to da je unifikacija ostale tri sile još uvijek u vazduhu u svjetlu rezultata LHC-a. Mislim da su
buduće teorije zasnovane na idejama postojećih tumačenja gde možemo videti razliku, ali sasvim je daleko od toga da shvatimo kako bi to moglo da funkcioniše u ovom trenutku. “Špekulativno, ako postoji retrokazalnost u svemiru, onda bi moglo biti da postoje određeni trenuci, možda blizu velikog praska, u kojem nema definitivne strele uzročnosti. Možda biste mogli zamisliti da se o takvom dobu može pojaviti i dokaz u kosmološkim podacima, poput kosmičke mikrotalasne pozadine. Međutim, ovo je vrlo špekulativno i nemam pojma koje potpise možemo očekivati. “Fizičari nemaju nikakve eksperimente koji su postavljeni kako bi se testirala retrokazalnost – ali kao ideja je više tumačenje opservacija, a ne izrada novih zapažanja, ono što je najviše potrebno ne mora biti test, već više teorijska podrška. “Što se tiče direktnih eksperimentalnih testova retrokauzalnosti, status nije mnogo drugačiji od drugih stvari u temama kvantne mehanike”, rekao je Leifer. “Nikada ne testiramo jednu pretpostavku u izolaciji, ali uvek u spoju sa mnogim drugim, a onda moramo odlučiti koju ćemo odbiti po drugim osnovama. Na primer, možda mislite da eksperimenti Bell pokazuju da je priroda nelokalna, ali samo ako ste se prvi put odlučili prihvatiti druge pretpostavke, kao što su realizam i ne-retrokauzalinost. Dakle, možete reći da eksperimenti Bell-a već pružaju dokaze retrokazalnosti ako ste u stanju odbaciti realizam ili lokalitet. Slično tome, vrste eksperimenata koje opisujemo u našem članku pružaju neke dokaze retrokauzalnosti, ali samo ako odbijete da odbacite druge pretpostavke. “Zapravo, situacija je zaista jednaka u svim naučnim eksperimentima. Postoji niz pretpostavki o radu eksperimentalnog aparata koji morate da prihvatite kako biste zaključili da eksperiment pokazuje efekat koji tražite. Radi se o tome da, u slučaju kvantnih osnova, predmet je vrlo kontroverzan, tako da ćemo prije ispitati osnovne pretpostavke nego bi to uradili u slučaju, recimo, lekarskog suđenja. Međutim, takve pretpostavke su uvek tamo i uvek ih je moguće preispitati. “
Izvor: https://phys.org/news/2017-07-physicists-retrocausal-quantum-theory-future.html
