18.03.2023. - Будущее влияет на прошлое

Будущее влияет на прошлое

Вы когда-нибудь оказывались в неприятной ситуации и думали: «Ну, если это не последствия моих собственных действий»? Это распространенный рефрен, раскрывающий более глубокую правду о том, как мы, люди, понимаем время и причинность. Наши действия в прошлом коррелируют с нашим опытом в будущем, будь то хороший результат, например, сдача экзамена, потому что вы подготовились, или вам плохо, например, проснулись с убийственным похмельем. Но что, если бы эту прямую причинно-следственную связь можно было каким-то образом обратить во времени, позволив действиям в будущем влиять на результаты в прошлом? Эта умопомрачительная идея, известная как ретропричинность, на первый взгляд может показаться научной фантастикой, но она начинает набирать популярность среди физиков и философов, среди других исследователей, как возможное решение некоторых из самых неразрешимых загадок, лежащих в основе нашей жизни и реальности.

Другими словами, люди становятся все более «любопытными к ретро», сказал Кеннет Уортон, профессор физики в Государственном университете Сан-Хосе, опубликовавший исследование о ретрокаузальности, в разговоре с Motherboard. Хотя может показаться недопустимым рассматривать будущее, которое влияет на прошлое, Уортон и другие считают, что это может объяснить некоторые странные явления, наблюдаемые в квантовой физике, которая существует в крошечном масштабе атомов. «У нас есть инстинкты в отношении самых разных вещей, и некоторые из них сильнее, чем другие», — сказал Уортон, недавно написавший статью о ретрокаузальности вместе с Хью Прайсом, выдающимся почетным профессором Боннского университета и почетным научным сотрудником Тринити-колледжа. , Кембридж. «Я обнаружил, что наши инстинкты времени и причинно-следственной связи — это наши самые глубокие и сильные инстинкты, от которых физики и философы — и люди — не хотят отказываться», — добавил он.

Ученые, в том числе Прайс, десятилетиями размышляли о возможности того, что будущее может влиять на прошлое, но возобновившийся интерес к ретропричинности обусловлен более поздними открытиями в области квантовой механики. В отличие от знакомого макроскопического мира, в котором мы живем и который управляется классической физикой, квантовый мир допускает необъяснимые странные явления. Частицы в таких масштабах могут преодолевать, казалось бы, непреодолимые преграды (этот трюк называется квантовым туннелированием), или они могут одновременно занимать множество различных состояний, известных как суперпозиция. Свойства квантовых объектов также могут каким-то образом синхронизироваться вместе, даже если они расположены на расстоянии световых лет друг от друга. Эта так называемая «квантовая запутанность» была описана Альбертом Эйнштейном как «жуткое действие на расстоянии», а экспериментальные исследования только что принесли Нобелевскую премию по физике в 2022 году.

Квантовая запутанность бросает вызов многим нашим представлениям о Вселенной, побуждая ученых задаться вопросом, кого из наших заветных любимцев в физике нужно убить, чтобы объяснить ее. Для некоторых это идея «локальности», которая по сути означает, что объекты не должны взаимодействовать на больших расстояниях без какого-либо физического посредника. Другие исследователи считают, что «реализм» — представление о том, что существует какая-то объективная основа нашего существования, — следует принести в жертву на алтарь запутанности. Уортон и Прайс, среди многих других, используют третий вариант: ретропричинность. В дополнение к потенциальному спасению таких концепций, как локальность и реализм, ретрокаузальные модели также открывают возможности для изучения «временно-симметричного» взгляда на нашу вселенную, в котором законы физики одинаковы независимо от того, идет ли время вперед или назад.

«Если вы считаете, что вещи должны быть симметричными во времени, можно привести аргумент, что вам нужна некоторая ретропричинность, чтобы понять квантовую механику симметричным во времени образом», — сказала Эмили Адлам, научный сотрудник Института философии Ротмана Западного университета. кто изучает ретропричинность, в разговоре с Motherboard. «Есть множество разных причин, которые сошлись воедино, чтобы заинтересовать людей этой возможностью». Чтобы лучше понять ретропричинность, стоит вернуться к обычному мысленному эксперименту с участием персонажей по имени Алиса и Боб, каждый из которых получает частицу из одного и того же источника, даже если между ними могут быть световые годы. Проведя измерения своих частиц, Алиса и Боб обнаруживают, что эти объекты имеют странную корреляцию, несмотря на огромное расстояние между ними.

Традиционно эта история, которая восходит к знаменитым экспериментам, проведенным физиком Джоном Беллом, интерпретируется так, что существуют нелокальные квантовые эффекты, заставляющие частицы быть связанными на больших расстояниях. Однако сторонники ретрокаузальности предполагают, что частицы демонстрируют корреляции, возникающие из их прошлого. Другими словами, измерения, которые Алиса и Боб проводят со своими частицами, влияют на свойства этих частиц в прошлом. «Вместо волшебных нелокальных связей между этими двумя точками, может быть, связь проходит через прошлое, и это то, что больше всего интересует нас в наши дни», — сказал Уортон. «В любой модели, в которой у вас есть событие в прошлом, коррелирующее с вашим будущим выбором обстановки, это будет ретропричинно», — добавил он.

Эта идея кажется настолько неинтуитивной, потому что мы представляем время как реку, стрелу или расположение последовательных ячеек в календаре. По своей сути эти парадигмы представляют причину в прошлом и следствие в будущем как прямой поток, но ретропричинность повышает вероятность того, что эти элементы могут быть обращены вспять. Это может показаться жутким для нашего мозга, который обрабатывает события последовательно, но история науки также изобилует примерами человеческих предубеждений, ведущих к неверным выводам, таким как модель Солнечной системы, ориентированная на Землю. «Очевидно, что для ученых очень полезно написать закон, который гласит: «Учитывая текущую ситуацию, какой будет следующая ситуация?» Как будут развиваться события?», — сказал Адлам. «С практической точки зрения для ученых имеет большой смысл записывать законы временной эволюции, потому что в большинстве случаев то, что мы заинтересованы в том, чтобы делать с законами предсказание будущего».

— Но это прагматическое соображение, — продолжила она. «Это не значит, что законы природы действительно должны работать именно так. Нет особой причины, по которой они должны согласовываться с нашими практическими интересами в этом смысле. Поэтому я думаю, что важно быть осторожным, чтобы отличать форму законов, которые ученые любят записывать из практических соображений, от того, что на самом деле делает природа». В данный момент важно подчеркнуть, что бы это ни значило, что ретропричинность — это не то же самое, что путешествие во времени. Эти модели не предсказывают, что сигналы или объекты, включая людей, могут быть отправлены в прошлое, отчасти потому, что нет доказательств того, что в настоящее время нас заваливают какими-либо такими сообщениями или посланниками будущего.

«Вы должны быть очень осторожны с ретрокаузальной моделью, потому что дело в том, что мы не можем посылать сигналы назад во времени», — объяснил Адлам. «Важно, что мы не можем, потому что если бы мы могли, то мы могли бы производить всевозможные транспортные средства или парадоксы. Вы должны убедиться, что ваша модель не позволяет этого». Вместо этого ретрокаузальные модели предполагают, что существует механизм, который позволяет обстоятельствам в будущем соотноситься с прошлыми состояниями. По словам Уортона и Прайса, этот сценарий может устранить угрозы локальности и реализму, хотя среди экспертов существуют разногласия по поводу последствий этих моделей. (Например, Адлам опубликовал работу, предполагающую, что ретропричинность не спасает локальность.) Хотя существует целый ряд мнений о механике и следствиях ретрокаузальных теорий, растущее сообщество исследователей считает, что эта концепция может ответить на фундаментальные вопросы о Вселенной.

«Многих людей в сообществе «Основы физики», как физиков, так и философов, интересовал вопрос «Почему квант?» или «Почему мир таков, как утверждает квантовая механика?», — сказал Прайс в электронном письме. Материнская плата. «То есть они пытаются понять, как квантовая механика является естественным или неизбежным результатом простых и правдоподобных принципов». «Я думаю, что если наше предложенное объяснение запутанности сработает, то это будет важная новая часть ответа», — продолжил он. «Это покажет, как корреляции, которые мы называем «запутанностью», естественным образом возникают из комбинации ингредиентов, которые на самом деле более фундаментальны, чем квантовая механика».

С этой точки зрения, возможно, самым монументальным поиском в физике является поиск «теории всего», которая, наконец, объяснила бы, как квантовая и классическая сферы могут сосуществовать, несмотря на наличие полностью противоречащих друг другу законов. Огромное количество ученых считают, что ключом к этому начинанию является выяснение того, как работает гравитация на квантовом уровне, но, по словам исследователей, изучающих ее, часть объяснения может быть и ретропричинность. «Проблема, стоящая перед физикой прямо сейчас, заключается в том, что наши два столпа успешных теорий не взаимодействуют друг с другом», — объяснил Уортон. «Один основан в пространстве и времени, и он оставил пространство и время в стороне для этой гигантской квантовой волновой функции».

«Решение этого вопроса, как все, кажется, согласились без обсуждения, заключается в том, что мы должны квантовать гравитацию», — продолжил он. «Это цель. Вряд ли кто-нибудь сказал: «Что, если вещи действительно находятся в пространстве и времени, и нам просто нужно понять квантовую теорию в пространстве и времени»? Это будет совершенно новый способ объединить все, что люди не рассматривают». Прайс согласился с тем, что эта ретропричинность может предоставить новые средства для окончательного решения проблемы «устранения противоречий» между квантовой механикой и классической физикой (включая специальную теорию относительности). «Это такая огромная отдача, что я всегда озадачен тем, что десятилетия назад к ретропричинности не относились более серьезно», — сказал Прайс, добавив, что часть ответа может заключаться в том, что ретропричинность часто смешивали с другой далекой концепцией, называемой супердетерминизмом.

«Еще один возможный большой выигрыш заключается в том, что ретропричинность поддерживает так называемый «эпистемический» взгляд на волновую функцию в обычном описании квантовой механики — идею о том, что это просто кодирование наших неполных знаний о системе», — продолжил он. «Это значительно упрощает понимание так называемого коллапса волновой функции как изменения информации, как думали такие люди, как Эйнштейн и Шёдингер, в первые дни. В этом отношении я думаю, что он избавляется еще от некоторых (очевидно) неклассических особенностей квантовой механики, говоря, что они не представляют собой ничего физически реального». С этой целью ученые, работающие над ретропричинностью, продолжат разработку новых теоретических моделей, пытающихся объяснить все больше и больше экспериментальных явлений. В конце концов, эти концепции могут вдохновить экспериментальные методы, которые могут предоставить доказательства либо за, либо против будущего, которое может влиять на прошлое. «Цель состоит в том, чтобы разработать более общую модель», — заключил Уортон. «Пока неясно, добьюсь ли я или кто-либо другой успеха, но меня воодушевляет то, что все больше и больше физиков серьезно относятся к этому как к неизведанному варианту. Может быть, нам стоит изучить его».

Источник