Чтобы спасти физику, эксперты предполагают, что будущее может повлиять на прошлое

В 2022 году Нобелевская премия по физике была присуждена за экспериментальную работу, показывающую, что квантовый мир должен разрушить некоторые из наших фундаментальных представлений о том, как устроена Вселенная.

Многие смотрят на эти эксперименты и приходят к выводу, что они бросают вызов «местность» — интуиция о том, что удаленным объектам для взаимодействия нужен физический посредник. И действительно, загадочная связь между далекими частицами может быть одним из способов объяснить эти экспериментальные результаты.

Другие вместо этого считают, что эксперименты бросают вызов «реализму» — интуиции, что в основе нашего опыта лежит объективное положение дел. В конце концов, эксперименты трудно объяснить только в том случае, если считается, что наши измерения соответствуют чему-то реальному.

В любом случае, многие физики согласны с тем, что называется «смертью от эксперимента» локального реализма.

p>

Но что, если обе эти интуиции можно сохранить за счет третьей?

Растущая группа экспертов считает, что вместо этого мы должны отказаться от предположения, что нынешние действия не могут повлиять на прошедшие события. Эта опция, называемая «ретропричинностью», претендует на спасение как локальности, так и реализма.

Причинность

Что такое причинно-следственная связь? Начнем с общеизвестной строчки: корреляция — это не причинно-следственная связь. Некоторые корреляции являются причинно-следственными, но не все. В чем разница?

Рассмотрите два примера. (1) Существует корреляция между стрелкой барометра и погодой – вот почему мы узнаем о погоде, глядя на барометр. Но никто не думает, что стрелка барометра вызывает погоду. (2) Употребление крепкого кофе коррелирует с учащением пульса. Здесь кажется правильным сказать, что первое вызывает второе.

Разница в том, что, если мы «покачаем» стрелкой барометра, мы не изменим погоду. Погода и стрелка барометра контролируются третьей вещью, атмосферным давлением — вот почему они коррелируют. Когда мы сами контролируем стрелку, мы разрываем связь с давлением воздуха, и корреляция исчезает.

Но если мы вмешиваемся, чтобы изменить чье-то потребление кофе, мы обычно также меняем и его частоту сердечных сокращений. Причинно-следственные связи — это те, которые остаются в силе, когда мы меняем одну из переменных.

В наши дни наука о поиске этих надежных корреляций называется «причинно-следственным открытием». Это громкое название для простой идеи: узнать, что еще меняется, когда мы покачиваем вещи вокруг себя.

В обычной жизни мы обычно считаем само собой разумеющимся, что последствия покачивания проявятся позже, чем само шевеление. Это настолько естественное предположение, что мы не замечаем, что делаем это.

Но ничто в научном методе не требует, чтобы это произошло, и от этого легко отказываются в фантастике. Точно так же в некоторых религиях мы молимся, чтобы наши близкие оказались среди выживших, скажем, во время вчерашнего кораблекрушения.

Мы представляем, что то, что мы делаем сейчас, может повлиять на что-то в прошлом. Это ретропричинность.

Квантовая ретропричинность

Квантовая угроза локальности (то, что удаленным объектам для взаимодействия необходим физический посредник) проистекает из аргумента физика из Северной Ирландии 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 измерения. Повторяясь много раз, эксперимент генерирует список результатов.

Белл понял, что квантовая механика предсказывает, что в этих данных будут странные корреляции (теперь подтвержденные). Казалось, они подразумевают, что выбор Алисой сеттинга оказывает тонкое «нелокальное» влияние на результат Боба, и наоборот, даже несмотря на то, что Алиса и Боб могут быть разделены световыми годами.

Аргумент Белла, как говорят, представляет угрозу. со специальной теорией относительности Альберта Эйнштейна, которая является важной частью современной физики.

Но это потому, что Белл предположил, что квантовые частицы не знают, с какими измерениями они столкнутся в будущем. Ретропричинные модели предполагают, что выбор измерений Алисы и Боба влияет на частицы обратно в источнике. Это может объяснить странные корреляции, не нарушая специальной теории относительности.

В недавней работе мы предложили простой механизм странной корреляции — он включает знакомое статистическое явление, называемое смещением Берксона (см. наше популярное резюме здесь ).

Сейчас существует процветающая группа ученых, работающих над квантовой ретропричинностью. Но это все еще невидимо для некоторых экспертов в более широкой области. Его путают с другой точкой зрения, называемой «супердетерминизмом».

Супердетерминизм

Супердетерминизм согласуется с ретропричинностью, согласно которой выбор измерения и основные свойства частиц каким-то образом коррелируют.

Но супердетерминизм трактует это как корреляцию между погодой и стрелкой барометра. Предполагается, что существует некая таинственная третья вещь — «супердетерминант», — который контролирует и коррелирует как наш выбор, так и частицы, подобно тому, как атмосферное давление контролирует и погоду, и барометр.

Поэтому супердетерминизм отрицает, что выбор измерений является вещи, которыми мы можем шевелить по своему желанию, они предопределены. Свободные колебания нарушили бы корреляцию, как и в случае с барометром.

Критики возражают, что таким образом супердетерминизм подрывает основные предположения, необходимые для проведения научных экспериментов. Они также говорят, что это означает отрицание свободы воли, потому что что-то контролирует и выбор измерения, и частицы.

Эти возражения неприменимы к ретропричинности. Ретрокаузалисты делают научные каузальные открытия обычным свободным, извилистым способом. Мы говорим, что люди, отвергающие ретропричинность, забывают научный метод, если отказываются следовать доказательствам туда, куда они ведут.

Доказательства

Каковы доказательства ретропричинности? Критики требуют экспериментальных доказательств, но это самое простое: соответствующие эксперименты только что получили Нобелевскую премию. Сложность заключается в том, чтобы показать, что ретропричинность дает лучшее объяснение этим результатам.

Мы упомянули возможность устранить угрозу специальной теории относительности Эйнштейна. На наш взгляд, это довольно важный намек, и удивительно, что на его изучение ушло так много времени. В основном виновата путаница с супердетерминизмом.

Кроме того, мы и другие утверждали, что ретропричинность лучше объясняет тот факт, что микромир частиц не заботится о разнице между прошлым и будущим.

Мы не имеем в виду, что все идет гладко. Самое большое беспокойство по поводу ретрокаузальности вызывает возможность посылать сигналы в прошлое, открывая двери парадоксам путешествий во времени.

Но чтобы сделать парадокс, нужно измерить эффект в прошлом. Если наша молодая бабушка не может прочитать наш совет не выходить замуж за дедушку, а это значит, что нас не будет на свете, в этом нет парадокса. А в квантовом случае хорошо известно, что мы никогда не сможем измерить все сразу.

Тем не менее, есть над чем поработать, чтобы разработать конкретные ретрокаузальные модели, обеспечивающие выполнение этого ограничения, заключающегося в том, что вы не можете измерить все сразу.

Итак, мы закончим осторожным выводом. На данном этапе ретропричинность держит ветер в своих парусах, так что спешите к самому большому призу из всех: спасению локальности и реализма от «смерти от эксперимента».

Хью Прайс, почетный член Тринити-колледжа, Кембриджский университет, и Кен Уортон, профессор физики и астрономии, Государственный университет Сан-Хосе em>

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.