Перекручений час у квантовій фізиці: як майбутнє може вплинути на минуле

Нобелівська премія з фізики 2022 року підкреслила проблеми, які квантові експерименти створюють для «локального реалізму». Проте все більше експертів пропонують «ретро-каузальність» як рішення, припускаючи, що теперішні дії можуть впливати на минулі події, таким чином зберігаючи як локальність, так і реалістичність. Ця концепція пропонує новий підхід до розуміння причинно-наслідкових зв’язків і кореляцій у квантовій механіці, і, не зважаючи на деякі критики та плутанину з «супердетермінізмом», вона все частіше розглядається як життєздатне пояснення недавніх новаторських експериментів, потенційно захищаючи основні принципи спеціальної теорії відносності.

У 2022 році Нобелівську премію з фізики було присуджено за експериментальну роботу, яка показала, що квантовий світ повинен зламати деякі з наших фундаментальних уявлень про те, як працює Всесвіт. Багато хто дивиться на ці експерименти і робить висновок, що вони кидають виклик «локальності» — інтуїції про те, що віддалені об’єкти потребують фізичного посередника для взаємодії. І справді, таємничий зв’язок між віддаленими частинками був би одним зі способів пояснити ці експериментальні результати.

Натомість інші вважають, що експерименти кидають виклик «реалізму» — інтуїції того, що в основі нашого досвіду лежить об’єктивний стан речей. Зрештою, експерименти важко пояснити лише в тому випадку, якщо вважають, що наші вимірювання відповідають чомусь реальному. У будь-якому випадку, багато фізиків погоджуються з тим, що називають «смертю внаслідок експерименту» локального реалізму.

Але що, якщо обидві ці інтуїції можна зберегти за рахунок третьої? Зростаюча група експертів вважає, що ми повинні замість цього відмовитися від припущення, що теперішні дії не можуть вплинути на минулі події. Ця опція, яка називається «ретрокаузальністю», стверджує, що рятує як локальність, так і реалізм.

Що взагалі таке причинний зв’язок? Почнемо з рядка, який усі знають: кореляція – це не причинно-наслідковий зв’язок. Деякі кореляції є причинно-наслідковими, але не всі. Яка різниця?

Розглянемо два приклади. (1) Існує кореляція між стрілкою барометра та погодою – тому ми дізнаємося про погоду, дивлячись на барометр. Але ніхто не думає, що стрілка барометра є причиною погоди. (2) Вживання міцної кави корелює з підвищенням частоти серцевих скорочень. Тут здається правильним сказати, що перше викликає друге.

Різниця в тому, що якщо ми «ворушимо» стрілкою барометра, ми не змінимо погоду. Погода та стрілка барометра контролюються третьою річчю, атмосферним тиском, тому вони взаємопов’язані. Коли ми самі контролюємо стрілку, ми розриваємо зв’язок із тиском повітря, і кореляція зникає.

Але якщо ми втрутимося, щоб змінити чиєсь споживання кави, зазвичай ми також змінимо частоту серцевих скорочень. Причинно-наслідкові кореляції – це ті, які все ще зберігаються, коли ми змінюємо одну зі змінних. У наші дні наука про пошук цих надійних кореляцій називається «причинним відкриттям». Це гучна назва для простої ідеї: дізнатися, що ще змінюється, коли ми ворушимо речами навколо себе.

У звичайному житті ми зазвичай вважаємо само собою зрозумілим, що наслідки ворушіння проявляться пізніше, ніж саме ворушіння. Це настільки природне припущення, що ми не помічаємо, що робимо його.

Але ніщо в науковому методі не вимагає, щоб це сталося, і від цього легко відмовитися у фантастичній літературі. Так само в деяких релігіях ми молимося, щоб наші близькі були серед тих, хто вижив після вчорашньої корабельної аварії, наприклад. Ми уявляємо, що те, що ми робимо зараз, може вплинути на щось у минулому. Це ретро-каузальність.