Czas płynący do tyłu - czyli możliwość wiedzy o wynikach pomiarów w przyszłości

Prawa mechaniki klasycznej są niezależne od kierunku czasu, ale czy tak samo jest w mechanice kwantowej, jest przedmiotem debaty. Chociaż przyjmuje się, że prawa rządzące wydzielonymi systemami kwantowymi są symetryczne w czasie, pomiar zmienia stan systemu według zasad, które są ważne tylko, kiedy czas płynie do przodu – aczkolwiek są różnice w opiniach na temat interpretacji tego efektu.

Fizycy z Université Libre de Bruxelles opracowali w pełni symetryczną w czasie formułę teorii kwantowej, która ustala dokładny związek między opisaną asymetrią a faktem, że możemy pamiętać przeszłość, ale nie przyszłość - zjawisko, które fizyk Stephen Hawking nazwał "psychologiczną" strzałką czasu.

Studium oferuje nowe spojrzenie na koncepcję wolnego wyboru i przyczynowości, i sugeruje, że związek przyczynowy nie musi być uznany za podstawową zasadę fizyki.

Pomysł, że w chwili obecnej nasze wybory mogą wpływać na wydarzenia w przyszłości, ale nie w przeszłości, znajduje odzwierciedlenie w zasadach standardowej teorii kwantowej jako zasada, którą teoretycy kwantowi nazywają: "przyczynowość- kazualizm”.

Aby zrozumieć tę zasadę, autorzy nowej koncepcji analizowali pojęcie „wyboru” w świetle mechaniki kwantowej – co właściwie oznacza wybór?

Na przykład, myślimy, że eksperymentator może wybrać to, co będzie przedmiotem wykonywania pomiarów w danym systemie, ale nie ma wpływu na wynik  pomiaru. Odpowiednio do tego, zgodnie z zasadą przyczynowości, wybór pomiaru może być skorelowany tylko z wynikami pomiarów w przyszłości, natomiast wynik pomiaru może być skorelowany zarówno z wynikami pomiarów zarówno przeszłych, jak  i przyszłych.

Naukowcy uważają, że decydująca właściwość, wedle której interpretujemy zmienne opisujące pomiar zgodnie z wyborem eksperymentatora, podczas gdy wynik pomiaru już nie, polega na tym, iż wynik może być znany przed odbywającym się pomiarem.

Z tego punktu widzenia zasada przyczynowości może być rozumiana jako ograniczenie dostępnych informacji na temat różnych zmiennych w różnych momentach. To ograniczenie nie jest symetryczne do czasu, odkąd zarówno wybór pomiaru i wynik pomiaru mogą być znane a posteriori. To, według badaczy, jest istotą ukrytej asymetrii w standardowym sformułowaniu teorii kwantowej.

Teoria kwantowa została sformułowana w oparciu o asymetryczne podstawy, które odzwierciedlają fakt, że możemy poznać przeszłość i interesuje nas przewidywanie przyszłości. Ale pojęcie prawdopodobieństwa jest niezależne od czasu i z punktu widzenia fizyki warto spróbować sformułować Teorię w zakresie zasadniczo symetrycznym.

W tym celu autorzy proponują przyjąć nową koncepcję pomiaru, który nie jest określony tylko na podstawie zmiennych w przeszłości, ale może zależeć od zmiennych w przyszłości.

"W podejściu proponujemy, aby pomiary nie były interpretowane tylko w zależności od wolnych wyborów eksperymentatora, ale aby dostarczały informacji o możliwych zdarzeniach w różnych regionach czasoprzestrzeni", mówi Nicolas Cerf, współautor badania i dyrektor Centrum Informacji i Komunikacji Quantum na ULB.

W formułowaniu symetrycznej czasowo kwantowej teorii wynikający z tego podejścia, zasada przyczynowości i psychologiczna strzałka czasu wskazują coś, co fizycy nazywają warunkami brzegowymi.

Tak więc, na przykład, zgodnie z nową formułą, nie jest wykluczone, że w niektórych częściach wszechświata zasada przyczynowości może być naruszona.