През 2022 г. Нобеловата награда за физика бе присъдена за експериментална работа, която показва, че квантовият свят трябва да разбие някои от основните ни интуитивни разбирания за начина, по който работи Вселената.
Мнозина разглеждат тези експерименти и стигат до заключението, че те оспорват "локалността" – интуитивното разбиране, че отдалечените обекти се нуждаят от физически посредник, за да си взаимодействат. И действително – един от начините, по които можем да обясним тези експериментални резултати, е посредством тази мистериозна връзка между отдалечени частици.
Други пък смятат, че експериментите оспорват "реализма" – интуитивното разбиране, че в основата на нашия опит стои обективно състояние на нещата. В края на краищата експериментите са трудни за обяснение единствено ако смятаме, че нашите измервания съответстват на нещо реално. Така или иначе много физици са съгласни с идеята за т.нар. "смърт чрез експеримент" на локалния реализъм.
Какво ще стане обаче, ако и двете интуитивни разбирания могат да бъдат спасени за сметка на трета? Все по-голям брой експерти смятат, че по-скоро трябва да се откажем от предположението, че настоящите действия не могат да повлияят на минали събития. Този трети вариант, наречен "ретрокаузалност", претендира, че спасява и локалността, и реализма.
Причинно-следствена връзка
Какво изобщо е причинно-следствена връзка? Нека започнем с нещо, което всеки знае: корелацията не е причинно-следствена връзка. Някои корелации са причинно-следствени връзки, но не всички. Каква е разликата?
Разгледайте следните два пример. (1) Съществува корелация между иглата на барометъра и времето - ето защо научаваме за времето, като гледаме барометъра. Но никой не смята, че иглата на барометъра е отговорна за времето. (2) Пиенето на силно кафе е свързано с повишаване на сърдечния ритъм. Тук изглежда правилно да се каже, че първото предизвиква второто.
Разликата е в това, че ако "разклатим" иглата на барометъра, няма да променим времето. И времето, и иглата на барометъра се контролират от трето нещо - атмосферното налягане - ето защо те са взаимосвързани. Когато сами контролираме иглата, прекъсваме връзката с атмосферното налягане и корелацията изчезва.
Но ако се намесим, за да променим консумацията на кафе от някого, в повечето случаи ще променим и сърдечния му ритъм. Причинно-следствените корелации са тези, които продължават да съществуват, когато променяме една от променливите.
В наши дни науката за търсене на тези устойчиви корелации се нарича "откриване на причинно-следствени връзки". Зад това голямо име се крие една проста идея: [желанието ни] да а открием какво още се променя, когато променяме нещата около нас.
В обикновения живот обикновено приемаме за даденост, че последиците от едно разклащане ще се проявят по-късно от самото разклащане. Това е толкова естествено допускане, че не забелязваме, че го правим.
Абсолютно нищо в научния метод обаче не изисква подобно нещо да се случи и то се изоставя с лекота във фантастичната литература. По същия начин в някои религии се молим близките ни да са сред оцелелите от вчерашното корабокрушение, да речем. Ние си представяме, че нещо, което правим сега, може да повлияе на събитие от миналото. Това е ретрокаузалност.
Квантова ретрокаузалност
Квантовата заплаха за локалността (т.е. това, че отдалечените обекти се нуждаят от физически посредник, за да си взаимодействат) произтича от аргумента на северноирландския физик Джон Бел през 60-те години на миналия век. Бел разглежда експерименти, в които двама хипотетични физици, Алиса и Боб, получават частици от общ източник. Всеки от тях избира една от няколко [възможни] настройки за измерване и след това записва резултата от измерването. Експериментът, повторен многократно, генерира списък с резултати.
Бел осъзнава, че квантовата механика предсказва, че в тези данни ще има странни корелации (които днес вече са потвърдени). Те сякаш намекват, че изборът на настройка от страна на Алиса оказва едва доловимо "нелокално" влияние върху резултата на Боб и обратно (въпреки че Алиса и Боб може да са на светлинни години един от друг). Твърди се, че аргументът на Бел представлява заплаха за специалната теория на относителността на Алберт Айнщайн, която е съществена част от съвременната физика.
Но това е така, защото Бел приема, че квантовите частици не знаят на какви измервания ще се натъкнат за в бъдеще. Ретрокаузалните модели твърдят, че изборите на Алиса и Боб, свързани стойностите [на настройките], влияе на частиците в самия източника. Това може да обясни странните корелации, без да се нарушава специалната теория на относителността.
В неотдавнашен труд предложихме прост механизъм за тази странна корелация - той включва познато статистическо явление, наречено отклонение на Берксън (вж. нашето популярно резюме тук).
В момента вече има една доста процъфтяваща група учени, които работят върху квантовата ретрокаузалност. Но тя все още е невидима за някои експерти в по-широката област. Тя се бърка с друг възглед, наречен "свръхдетерминизъм".
Свръхдетерминизъм
Свръхдетерминизмът не влиза в противоречие с ретрокаузалността и постановява, че изборът на стойностите и основните свойства на частиците са свързани по някакъв начин.
Но свръхдетерминизмът се отнася към тази идея по начин, сходен с корелацията между времето и иглата на барометъра. Той приема, че има някакво мистериозно трето нещо - "свръхдетерминатор" - което контролира и съотнася както нашите избори, така и частиците, по начина, по който атмосферното налягане контролира както времето, така и барометъра.
Съответно свръхдетерминизмът отрича, че избраните стойности са неща, които можем да махаме по свое желание, те са предопределени. Своеволните разтърсвания биха нарушили корелацията по същия начин, по който и това се случва и при барометъра. Критиците възразяват, че по този начин свръхдетерминизмът подкопава основните предположения, необходими за провеждането на научни експерименти. Те казват също, че това означава това отрича и свободната воля, защото нещо контролира както изборът на стойностите, така и частиците.
Тези възражения не се отнасят за ретрокаузалността. Ретрокаузалистите правят научни каузални открития по обичайния свободен, колеблив начин. Ние казваме, че хората, които отхвърлят ретрокаузалността, са тези, които забравят научния метод, ако отказват да следват пътя на доказателствата.
Доказателства
Какви са доказателствата за ретрокаузалност? Критиците искат експериментални доказателства, но това е лесната част – необходимите за целта експерименти вече спечелиха Нобеловата награда. Трудната е да се покаже, че ретрокаузалността дава най-доброто обяснение на тези резултати.
Споменахме, че тя може да премахне заплахата за специалната теория на относителността на Айнщайн. Според нас това е доста сериозна подсказка и е изненадващо, че е проучена чак сега. Изглежда, че основният виновник е объркването, свързано със свръхдетерминизма.
Освен това и ние, и други [учени] сме твърдели, че ретрокаузалността осмисля по-добре факта, че микросветът на частиците не се интересува от разликата между минало и бъдеще.
С това не искаме да кажем, че всичко е просто. Най-голямото притеснение относно ретрокаузацията е възможността за изпращане на сигнали към миналото, което отваря вратата за парадоксите на пътуването във времето. Но за да се получи парадокс, ефектът в миналото трябва да бъде измерен. Ако младата ни баба не може да прочете съвета ни да не се омъжва за дядо, което означава, че ние няма да започнем да съществуваме, няма парадокс. А в квантовия случай е добре известно, че никога не можем да измерим всичко наведнъж.
Все пак е нужно още работа, преди да можем да разработим конкретни ретрокаузални модели, които да налагат това ограничение, според което не може да се измери всичко наведнъж. Затова ще завършим с едно предпазливо заключение. На този етап именно ретрокаузалността е тази, която придвижва нещата напред – затова нека се насочим към възможно най-голямата награда - спасяването на локалността и реализма от "смъртта чрез експеримент".
Автори: Хю Прайс (Huw Price), почетен член, Тринити Колидж, Университет на Кеймбридж (University of Cambridge); Кен Уортън (Ken Wharton), професор по физика и астрономия, Държавен университет Сан Хосе (San José State University).
Тази статия е препубликувана от The Conversation под лиценза Creative Commons и преведена от Obekti.bg с любезното съгласие на нейните автори. Прочетете оригиналната статия тук.
