Normalmente, si presume che l'influenza causale vada in una sola direzione - dalla causa all'effetto - e mai indietro dall'effetto alla causa - il suono di un campanello non provoca la pressione del pulsante che l'ha attivato. Ora, ricercatori dell'Università di Oxford e dell'Université libre de Bruxelles hanno sviluppato una teoria della causalità nella teoria dei quanti, secondo cui le relazioni causa-effetto possono talvolta formare dei cicli. Questa teoria offre una nuova comprensione dei processi esotici in cui gli eventi non hanno un ordine causale definito. Lo studio è stato pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Uno dei modi in cui la teoria quantistica sfida le intuizioni classiche è sfidando le nostre idee di causalità. L'entanglement quantistico può essere utilizzato per produrre correlazioni tra esperimenti distanti noti per eludere spiegazioni causali soddisfacenti nell'ambito dei modelli causali classici. Per di più, un'unificazione della teoria quantistica e della gravità dovrebbe consentire situazioni in cui la struttura causale dello spaziotempo è soggetta all'indefinitezza quantistica, suggerendo che gli eventi non devono essere affatto ordinati causalmente.

Recentemente, un team di ricercatori di Oxford e Bruxelles ha sviluppato una teoria della causalità nella teoria quantistica, in cui i concetti causali sono definiti in termini intrinsecamente quantistici piuttosto che relativi a un livello classico emergente di risultati di misurazione. Ciò ha offerto una comprensione causale delle correlazioni prodotte dagli stati entangled. Ora, hanno generalizzato la teoria per consentire all'influenza causale di andare in cicli, fornire una comprensione causale dei processi con eventi in ordine causale indefinito.

"L'idea chiave alla base della nostra proposta è che le relazioni causali nella teoria dei quanti corrispondano all'influenza attraverso le cosiddette trasformazioni unitarie:questi sono i tipi di trasformazioni che descrivono le evoluzioni dei sistemi quantistici isolati. Questo è strettamente analogo a un approccio ai modelli causali classici che presuppone il determinismo sottostante e colloca le relazioni causali nelle dipendenze funzionali tra le variabili, " dice Jonathan Barrett dell'Università di Oxford. L'idea principale del nuovo studio è applicare lo stesso principio ai processi in cui l'ordine delle operazioni può essere dinamico o addirittura indefinito, poiché una vasta classe di questi processi può essere intesa come derivante da trasformazioni unitarie, pure, solo non quelli che si svolgono in una sequenza ordinaria.

"In precedenza, i processi con ordine causale indefinito erano generalmente considerati semplicemente incompatibili con qualsiasi spiegazione causale. Il nostro lavoro mostra che una classe maggiore di essi - quelli che possono essere intesi come derivanti da processi unitari e che si ritiene siano quelli che potrebbero avere una realizzazione fisica in natura - potrebbe, infatti, essere visto come avente una struttura causale definita, anche se si tratta di cicli, "dice Robin Lorenz, un corrispondente autore dello studio. "L'idea di strutture causali cicliche può sembrare controintuitiva, ma la struttura del processo quantistico all'interno della quale è formulato garantisce che è privo di paradossi logici, come la possibilità di tornare indietro nel tempo e uccidere te stesso più giovane, " spiega Ognyan Oreshkov dell'Université libre de Bruxelles.

"Esotici come sembrano, alcuni di questi scenari sono in realtà noti per avere realizzazioni sperimentali in cui le variabili di interesse sono delocalizzate nel tempo".

Questo significa che lo spaziotempo non ha la struttura causale aciclica che normalmente si presume abbia? Non esattamente, poiché negli esperimenti citati gli eventi che sono causalmente correlati in modo ciclico non sono locali nello spaziotempo. Però, i ricercatori ritengono che la struttura causale dello spaziotempo stesso potrebbe diventare ciclica in questo modo quantistico all'intersezione della teoria quantistica e della relatività generale, dove sono previsti processi analoghi a quelli realizzabili in laboratorio, ma con gli eventi che sono locali nei rispettivi quadri di riferimento spaziotemporali.