Квантовые причинные связи: А вызывает Б, которое приводит к А

Одна из наиболее укоренившихся концепций в науке и повседневной жизни — это причинная связь.

Это идея, согласно которой события в настоящем связаны с событиями в прошлом и, в свою очередь, служит причиной того, что произойдет в будущем. Если случай А является причиной эффекта Б, то Б не может быть причиной А. А физики-теоретики из университета Вены и Брюссельского университета доказали, что в квантовой механике можно задумать ситуации, в которых одно и то же событие может быть и причиной, и эффектом. Результаты опубликованы в издании Nature Communications.

Хотя до сих пор не известно, могут ли такие ситуации встречаться в природе, явная возможность их существования может обладать далеко идущими значениями для основ квантовой механики, квантовой гравитации и квантовых вычислений.

Причинные связи: кто на кого влияет

В повседневной жизни и в классической физике события упорядочены во времени: причина может повлиять на эффект в будущем, но не в прошлом. Простой пример: Маша зашла в комнату, взяла со стола листок бумаги, прочитала что-то , стерла, написала свою фразу и затем вышла. Вслед за ней вошел Ваня, прочитал написанную Машей фразу, стер, написал свою, вышел. Раз Ваня вошел в комнату после Маши, он может прочитать, что она написала, а Маша не сможет прочесть, что написал Ваня. В данном случае записка Маши — причина, а записка Вани — эффект. Каждый раз лишь один из них сможет прочитать то, что написал другой.

Квантовое нарушение причинной связи

Пока действуют законы классической физики, порядок событий фиксированный: Ваня или Маша первыми входят в комнату и оставляют сообщение тому, кто из них заходит вторым. Как только в игру вступает квантовая механика, картина может серьезно измениться. Согласно квантовой механике, объекты могут утратить свои четкие классические свойства, например, одна и та же частица может одновременно находиться в двух разных местах. В квантовой физике это называется суперпозицией. И вот теперь международная группа физиков во главе с Каславом Брюкнером из университета Вены доказала, что даже причинный порядок событий может оказаться в суперпозиции. Если в нашем примере у Маши и Вани вместо обычного листка бумаги квантовая система, они могут прийти к ситуации, когда каждый из них может прочитать часть сообщения, написанного другим. Таким образом, каждый находится в суперпозиции двух ситуаций: как Маша оставляет сообщение Ване, так и Ваня оставляет сообщение Маше.

«Подобная суперпозиция, однако, не рассматривается в стандартной формулировке квантовой механики, поскольку теория всегда принимает определенный причинный порядок между событиями», сказал Огнян Орешков из Брюссельского университета.

„Однако если мы предположим, что квантовая механика управляет всеми явлениями, то естественно ожидать, что порядок событий также может быть неопределенным, подобно местоположению частицы или ее скорости“, добавил Фабио Коста из университета Вены.

Работа обеспечивает важный шаг к пониманию того, что определенный причинный порядок не может быть принудительным свойством природы. „Настоящая задача в том, чтобы найти, где в природе нам необходимо искать суперпозиции причинного порядка“, заключил Каслав Брюкнер.

03.10.2012