(Phys.org)—Sebbene ci siano molte idee controintuitive nella teoria quantistica, l'idea che le influenze possano viaggiare a ritroso nel tempo (dal futuro al passato) generalmente non è una di queste. Però, recentemente alcuni fisici hanno esaminato questa idea, chiamato "retrocausalità, " perché può potenzialmente risolvere alcuni enigmi di vecchia data nella fisica quantistica. In particolare, se è ammessa la retrocausalità, allora i famosi test di Bell possono essere interpretati come prova della retrocausalità e non dell'azione a distanza, un risultato che Einstein e altri scettici su quella proprietà "spettrale" potrebbero aver apprezzato.

In un nuovo articolo pubblicato su Atti della Royal Society A , i fisici Matthew S. Leifer della Chapman University e Matthew F. Pusey del Perimeter Institute for Theoretical Physics hanno fornito un nuovo supporto teorico all'argomento che, se vengono fatte alcune ipotesi ragionevoli, allora la teoria quantistica deve essere retrocausale.

Il ricorso alla retrocausalità

Primo, per chiarire cos'è e cosa non è la retrocausalità:ciò non significa che i segnali possano essere comunicati dal futuro al passato:tale segnalazione sarebbe vietata anche in una teoria retrocausale per ragioni termodinamiche. Anziché, retrocausalità significa che, quando uno sperimentatore sceglie l'impostazione di misurazione con cui misurare una particella, quella decisione può influenzare le proprietà di quella particella (o di un'altra particella) in passato, anche prima che lo sperimentatore facesse la sua scelta. In altre parole, una decisione presa nel presente può influenzare qualcosa nel passato.

Nei test Bell originali, i fisici presumevano che le influenze retrocausali non potessero verificarsi. Di conseguenza, per spiegare le loro osservazioni che le particelle distanti sembrano sapere immediatamente quale misura si sta facendo dall'altra, l'unica spiegazione possibile era l'azione a distanza. Questo è, le particelle in qualche modo si influenzano a vicenda anche se separate da grandi distanze, in modi che non possono essere spiegati da alcun meccanismo noto. Ma ammettendo la possibilità che l'impostazione di misurazione per una particella possa influenzare retrocausalmente il comportamento dell'altra particella, non c'è bisogno di un'azione a distanza, ma solo di un'influenza retrocausale.

Retrocausalità generalizzante:con o senza uno stato quantistico reale

Uno dei principali sostenitori della retrocausalità nella teoria quantistica è Huw Price, professore di filosofia all'Università di Cambridge. Nel 2012, Price ha presentato un argomento suggerendo che qualsiasi teoria quantistica che presuppone che 1) lo stato quantistico sia reale, e 2) il mondo quantistico è simmetrico nel tempo (che i processi fisici possono andare avanti e indietro mentre sono descritti dalle stesse leggi fisiche) deve consentire influenze retrocausali. Comprensibilmente, però, l'idea della retrocausalità non ha preso piede tra i fisici in generale.

"C'è un piccolo gruppo di fisici e filosofi che pensano che questa idea valga la pena di perseguire, tra cui Huw Price e Ken Wharton [professore di fisica alla San José State University], "Ha detto Leifer Phys.org . "Non c'è, Che io sappia, un'interpretazione generalmente condivisa della teoria quantistica che recupera l'intera teoria e sfrutta questa idea. È più un'idea per un'interpretazione al momento, quindi penso che altri fisici siano giustamente scettici, e spetta a noi dare corpo all'idea."

Nel nuovo studio, Leifer e Pusey tentano di farlo generalizzando l'argomento di Price, il che forse lo rende più attraente alla luce di altre ricerche recenti. Iniziano rimuovendo la prima ipotesi di Price, così che l'argomento vale se lo stato quantistico è reale o no, una questione che è ancora oggetto di dibattito. Uno stato quantistico che non è reale descriverebbe la conoscenza dei fisici di un sistema quantistico piuttosto che essere una vera proprietà fisica del sistema. Sebbene la maggior parte delle ricerche suggerisca che lo stato quantistico sia reale, è difficile confermare in un modo o nell'altro, e consentire la retrocausalità può fornire informazioni su questa domanda. Permettere questa apertura riguardo alla realtà dello stato quantistico è una delle principali motivazioni per indagare la retrocausalità in generale, Leifer ha spiegato.

"La ragione per cui penso che valga la pena indagare sulla retrocausalità è che ora abbiamo una sfilza di risultati negativi sulle interpretazioni realistiche della teoria quantistica, compreso il teorema di Bell, Kochen-Specker, e recenti prove della realtà dello stato quantistico, " ha detto. "Questi dicono che qualsiasi interpretazione che si inserisce nel quadro standard per le interpretazioni realistiche deve avere caratteristiche che considererei indesiderabili. Perciò, le uniche opzioni sembrano essere abbandonare il realismo o uscire dal quadro realista standard.

"Abbandonare il realismo è abbastanza popolare, ma penso che questo priva la scienza di gran parte del suo potere esplicativo e quindi è meglio trovare resoconti realistici ove possibile. L'altra opzione è indagare su possibilità realistiche più esotiche, che includono la retrocausalità, relazionali, e molti mondi. A parte molti mondi, questi non sono stati studiati molto, quindi penso che valga la pena di seguirli tutti in modo più dettagliato. Non sono personalmente impegnato nella soluzione retrocausale al di sopra delle altre, ma sembra possibile formularlo con rigore e indagarlo, e penso che dovrebbe essere fatto per molte delle possibilità più esotiche."

Non è possibile avere sia la simmetria temporale che la non retrocausalità

Nella loro carta, Leifer e Pusey riformulano anche la consueta idea di simmetria temporale in fisica, che si basa sull'inversione di un processo fisico sostituendo T insieme a - T nelle equazioni del moto. I fisici sviluppano qui un concetto più forte di simmetria temporale in cui non solo è possibile invertire un processo, ma la probabilità che si verifichi è la stessa sia che il processo stia andando avanti o indietro.

Il risultato principale dei fisici è che una teoria quantistica che presuppone sia questo tipo di simmetria temporale sia che non sia consentita la retrocausalità si scontra con una contraddizione. Descrivono un esperimento che illustra questa contraddizione, in cui l'assunzione di simmetria temporale richiede che i processi in avanti e all'indietro abbiano le stesse probabilità, ma l'ipotesi di non retrocausalità richiede che siano differenti.

Quindi alla fine tutto si riduce alla scelta se mantenere la simmetria temporale o la non retrocausalità, poiché l'argomento di Leifer e Pusey mostra che non si possono avere entrambi. Poiché la simmetria temporale sembra essere una simmetria fisica fondamentale, sostengono che ha più senso consentire la retrocausalità. Ciò eliminerebbe la necessità di un'azione a distanza nei test Bell, e sarebbe ancora possibile spiegare perché è vietato utilizzare la retrocausalità per inviare informazioni.

"Il motivo per abbracciare la retrocausalità mi sembra più forte per i seguenti motivi, " disse Leifer. "In primo luogo, avere la retrocausalità ci consente potenzialmente di risolvere i problemi sollevati da altri teoremi no-go, cioè., ci permette di avere correlazioni di Bell senza azione a distanza. Così, anche se dobbiamo ancora spiegare perché non ci sono segnali nel passato, sembra che possiamo ridurre diversi enigmi in uno solo. Non sarebbe così se abbandoniamo invece la simmetria temporale.

"Secondo, sappiamo che l'esistenza di una freccia del tempo deve già essere spiegata con argomenti termodinamici, cioè., è una caratteristica delle speciali condizioni al contorno dell'universo e non di per sé una legge della fisica. Poiché la capacità di inviare segnali solo nel futuro e non nel passato fa parte della definizione della freccia del tempo, mi sembra probabile che l'incapacità di segnalare nel passato in un universo retrocausale possa derivare anche da speciali condizioni al contorno, e non ha bisogno di essere una legge della fisica. La simmetria temporale sembra meno probabile che emerga in questo modo (in effetti, di solito usiamo la termodinamica per spiegare come l'apparente asimmetria temporale che osserviamo in natura derivi da leggi tempo-simmetriche, piuttosto che il contrario)."

Come spiegano ulteriormente i fisici, l'intera idea di retrocausalità è così difficile da accettare perché non la vediamo mai da nessun'altra parte. Lo stesso vale per l'azione a distanza. Ma ciò non significa che possiamo presumere che la non retrocausalità e la non azione a distanza siano vere per la realtà in generale. In ogni caso, i fisici vogliono spiegare perché una di queste proprietà emerge solo in determinate situazioni che sono molto lontane dalle nostre osservazioni quotidiane.

"Un modo di guardare a tutti i teoremi del no-go è in termini di messe a punto, "Spiegò Leifer. "Si nota una proprietà delle previsioni della teoria e si assume che questa proprietà sia vera anche della realtà. Quindi mostri che questo è incompatibile con la riproduzione delle previsioni della teoria quantistica e hai un teorema del no-go.

"Per esempio, nel teorema di Bell, notiamo che non possiamo inviare segnali superluminali quindi assumiamo che non ci siano influenze superluminali nella realtà, ma questo ci mette in conflitto con le previsioni osservate sperimentalmente. Nota che non sono le influenze superluminali di per sé il problema più grande. Se fossimo in grado di inviare segnali più veloci della luce diremmo semplicemente, 'Oh bene, Einstein si sbagliava. La teoria della relatività è semplicemente sbagliata.' E poi vai avanti con la fisica. Ma non è andata così:nessun segnale regge ancora al livello di ciò che osserviamo, è solo che c'è una tensione tra questo e ciò che deve succedere nella realtà per riprodurre ciò che osserviamo. Se ci sono influenze superluminali, allora perché non possiamo osservarli direttamente? Questo è l'enigma che chiede spiegazioni".

Implicazioni e ipotesi in discussione

Se la retrocausalità è una caratteristica del mondo quantistico, allora avrebbe vaste implicazioni per la comprensione da parte dei fisici dei fondamenti della teoria quantistica. Forse il più grande significato è l'implicazione per i test di Bell, mostrando che le particelle distanti non possono davvero influenzarsi a vicenda, ma piuttosto, come credevano Einstein e altri, che la teoria quantistica è incompleta. Se i nuovi risultati sono veri, allora la retrocausalità potrebbe essere uno dei pezzi mancanti che rende completa la teoria dei quanti.

"Penso che diverse interpretazioni [della teoria dei quanti] abbiano implicazioni diverse su come potremmo generalizzare la teoria dei quanti standard, "Ha detto Leifer. "Questo potrebbe essere necessario per costruire la teoria corretta della gravità quantistica, o anche per risolvere alcuni problemi nella fisica delle alte energie dato che l'unificazione delle altre tre forze è ancora in sospeso alla luce dei risultati di LHC. Quindi penso che le teorie future costruite sulle idee delle interpretazioni esistenti siano quelle in cui potremmo vedere una differenza, ma è vero che siamo molto lontani dal capire come potrebbe funzionare al momento.

"In modo speculativo, se c'è retrocausalità nell'universo, allora potrebbe essere il caso che ci siano certe epoche, forse vicino al big bang, in cui non c'è una precisa freccia di causalità. Potresti immaginare che una firma di un'era del genere possa apparire nei dati cosmologici, come il fondo cosmico a microonde. Però, questo è molto speculativo, e non ho ancora idea di quali firme potremmo aspettarci".

I fisici non hanno in programma esperimenti per testare la retrocausalità, ma poiché l'idea è più un'interpretazione delle osservazioni piuttosto che fare nuove osservazioni, ciò che è più necessario potrebbe non essere un test ma un supporto più teorico.

"Per quanto riguarda i test sperimentali diretti di retrocausalità, lo stato non è molto diverso da altre cose nei fondamenti della meccanica quantistica, " disse Leifer. "Non testiamo mai un'ipotesi isolatamente, ma sempre in congiunzione con tanti altri, e poi dobbiamo decidere quale rifiutare per altri motivi. Per esempio, potresti pensare che gli esperimenti di Bell dimostrino che la natura non è locale, ma solo se prima hai deciso di accettare altre ipotesi, come realismo e non retrocausalità. Così, si potrebbe dire che gli esperimenti di Bell forniscono già prove della retrocausalità se non si è inclini a rifiutare il realismo o la località. Allo stesso modo, il tipo di esperimenti che descriviamo nel nostro articolo fornisce alcune prove per la retrocausalità, ma solo se ti rifiuti di rifiutare le altre ipotesi.

"Infatti, la situazione è davvero la stessa in Tutti esperimenti scientifici. Ci sono una serie di ipotesi sul funzionamento dell'apparato sperimentale che devi accettare per concludere che l'esperimento mostra l'effetto che stai cercando. è proprio questo, nel caso dei fondamenti quantistici, l'argomento è molto controverso, quindi è più probabile che mettiamo in discussione gli assunti di base di quanto non lo siamo nel caso di, dire, una sperimentazione di farmaci. Però, tali ipotesi sono sempre presenti ed è sempre possibile metterle in discussione".

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