Nova shvaćanja uzročnosti, slobodnog izbora i zašto se sjećamo prošlosti, ali ne i budućnosti
Teoretski fizičari sa Slobodnog sveučilišta u Bruxellesu, razvili su potpuno simetričnu formulaciju kvantne teorije koja predstavlja preciznu poveznicu između asimetrije i činjenice kako se možemo sjetiti prošlosti, ali ne i budućnosti.
Zakoni klasične mehanike neovisni su o smjeru vremena, ali još se uvijek raspravlja vrijedi li isto i za kvantnu mehaniku. Podrazumijeva se da su zakoni koji upravljaju izoliranim kvantnim sistemima vremensko simetrični, mjerenje mijenja položaj sistema ovisno o pravilima koja se pojavljuju isključivo naprijed u vremenu te postoji razlika u mišljenju o interpretaciji ovog efekta.
Sada su teoretski fizičari sa Slobodnog sveučilišta u Bruxellesu razvili potpunu vremensko simetričnu formulaciju kvantne teorije koja predstavlja preciznu poveznicu između ove asimetrije i činjenice kako se možemo sjetiti prošlosti, ali ne i budućnosti – fenomen kojeg fizičar Stephen Hawking naziva “psihološka” strelica vremena.
Studija nudi nove uvide u koncepte slobodnog izbora i uzročnosti te sugerira kako uzročnost ne treba shvaćati kao osnovni princip fizike. Također proširuje kamen temeljac u kvantnoj mehanici zbog Eugena Paula Wignera, ukazujući na nove direkcije za istraživanje fizike izvan znanih modela. Saznanja Ognyana Oreshkova i Nicholasa Cerfa ovaj su tedan bili objavljeni u časopisu Nature Physics.
Ideja kako naši izbori u sadašnjosti mogu utjecati na događaje u budućnosti, ali ne i u prošlosti, reflektira se u pravilima standardne kvantne teorije kao princip koju kvantni teoretičari nazivaju “uzročnost”.
Kako bi shvatili ovaj princip, autori nove studije analiziraju što zapravo znači koncept izbora u kontekstu kvantne teorije. Za primjer, mislimo da osoba koja vrši eksperimente može izabrati koja mjerenja će provesti u datom sistemu, ali ne ishod mjerenja. Odgovarajuće, prema principu uzročnosti, izbor mjerenja može se povezati s ishodima isključivo u budućnosti, dok se ishod mjerenja može povezati isključivo s ishodima mjerenja prošlosti i budućnosti.
Istraživači raspravljaju kako definiranje svojstva prema kojem varijablu opisivanja mjerenja interpretiramo kao izbor osobe koja izvodi eksperiment, što nije slučaj s ishodom, može biti poznato i prije početka samog mjerenja.
Iz ove perspektive, princip uzročnosti može se razumijeti kao ograničenje informaciji dostupnoj o različitim varijablama u različitim vremenima. Ovo ograničenje nije vremenski simetrično jer oba izbora mjerenja i ishod mjerenja mogu biti poznati a posterior. Ovo je, prema studiji, esencija asimetrije implicitne u standardu formulacije kvantne teorije.
Nov način mjerenja ovisan o varijablama u budućnosti
“Kvantna teorija formulirana je ovisno o asimetričnim konceptima koji reflektiraju činjenicu kako možemo znati prošlost i zanima nas predviđanje budućnosti. No, koncept vjerojatnosti neovisan je o vremenu te iz perspektive fizičara ima smisla probati formulirati teoriju u fundamentalno simetričnim uvjetima”, kaže Ognyan Oreshkov, vodeći autor studije.
Do današnjeg dana, autori predlažu usvojenje novog načina mjerenja koje nije definirano samo na varijablama u prošlosti, nego može ovisiti o varijablama u budućnosti također.
“U pristupu kojeg predlažemo, mjerenja se ne interpretiraju kao “slobodni izbori” agenata već kao opisivanje informacije o mogućim događajima u različitim regijama prostora-vremena,” navodi Nicholas Cerf, koautor studije i direktor Centra za kvantne informacije i komunikacije na ULB-i.
U vremensko simetričnoj formulaciji kvantne teorije koja proizlazi iz ovog pristupa, princip uzročnosti i psihološke strelice vremena, pokazale su se kao proizašle iz onoga što fizičari nazivaju granični uvjeti -- parametri temeljeni na onome putem čega teorija stvara predikcije, ali čije vrijednosti mogu biti proizvoljne u principu. Tako je, prema novoj formulaciji, razumljivo da u nekim dijelovima svemira uzročnost može biti narušena.
Druga posljedica vremensko simetrične formulacije ekstenzija je fundamentalnog Wignerovog teorema, koji karakterizira matematičku reprezentaciju fizičkih simetrija i ključno je za razumijevanje mnogih fenomena, kao što je postojanje elementarnih čestica.
Studija pokazuje kako u novoj formulaciji, simetrije mogu biti predstavljene kroz načine koji nisu dozvoljeni u standardnim formulacijama, što može imati dalekosežne fizičke implikacije. Jedna spekulativna mogućnost je da takve simetrije mogu biti relevantne u teoriji kvantne gravitacije, iz razloga što imaju formu transformacije za koje se pretpostavlja da će se desiti u prisutnosti crnih rupa.
“Naš rad pokazuje da, ukoliko vjerujemo kako je vremenska simetrija dio fundamentalnih zakona fizike, moramo uzeti u obzir mogućnost pojava izvan onih u standardnoj kvantnoj teoriji. Ostaje otvoreno pitanje da li takvi fenomeni postoje i gdje ih treba tražiti,” objasnio je Oreshkov.
Izvor: Libre de Bruxelles, Université