Принцип причинности, один из наиболее базовых принципов не только науки, но и повседневной жизни, предполагает, что события, происходящие сейчас, являются следствием событий, происходивших в прошлом. В свою очередь, сегодняшние события служат причиной для событий будущего. Если событие А послужило причиной следствия Б, то Б уже не может быть причиной А. Но вот физики-теоретики из Венского университета и Брюссельского свободного университета показали, что в квантовой механике можно представить себе такие ситуации, при которых одно событие может быть одновременно и причиной и следствием другого.
Хотя пока неизвестно, встречаются ли такие ситуации в природе на самом деле, но сама возможность их существования может оказать значительное влияние на квантовую механику и физику в целом.
Принцип причинности: как это работает
В повседневной жизни и в классической физике события происходят во времени: причина может повлиять на следствие только в будущем, а не в прошлом. В качестве простого примера, представьте себе, что Алиса заходит в комнату и находит там лист бумаги. Она читает написанный на бумаге текст, стирает его, и оставляет свое собственное сообщение. Другой человек, Боб, заходит в ту же комнату в другое время, и делает то же самое: читает текст, стирает его, пишет новый. Если Боб зашел в комнату после Алисы, он сможет прочитать то, что она написала, однако Алиса не узнает, что написал Боб. В этом случае, текст, написанный Алисой, это «причина», а то, что читает Боб - «следствие». Каждый раз когда Алиса и Боб будут повторять эту процедуру, только один из них сможет прочитать то, что написал другой. Даже если у них нет часов, и они не знают, кто входил в комнату первым, они могут вычислить это на основании написанного текста. Например, если Алиса напишет «здесь была Алиса», то Боб поймет, что он зашел в комнату вторым.
Квантовое нарушение принципа причинности
До тех пор, пока разрешены только законы классической физики, порядок событий жестко задан: первым в комнату зашел либо Боб, либо Алиса. Но когда в игру вступает квантовая механика, картина может радикально измениться. Согласно квантовой механике, объект (частица) может пребывать одновременно в нескольких местах - явление, называемое суперпозицией.
Международная группа физиков, под руководством Часлава Брукнера из Венского университета показала, что в квантовой системе порядок событий также может находится в состоянии суперпозиции. Если, в нашем примере, Алиса и Боб использовали для записи сообщений квантовую систему вместо листа бумаги, они могли бы оказаться в ситуации, в которой каждый из них мог бы прочитать часть сообщения, написанного другим. Могла бы получиться суперпозиция двух ситуаций: «Алиса входит в комнату первой и оставляет сообщение для Боба» и «Боб входит в комнату первым и оставляет сообщение для Алисы».
Такая суперпозиция, впрочем, не рассматривалась в стандартной формулировке квантовой механики, потому что теория всегда предполагала четкую порядок причинных связей между событиями. Однако Фабио Коста, один из авторов исследования, считает что «естественно ожидать, что порядок событий также может быть неопределенным, как скорость или положение частицы».
Работа австрийских физиков показывает, что определенная причинная взаимосвязь не является обязательным свойством природы. По словам Часлава Брукнера, настоящим вызовом для него является поиск ответа на вопрос о том, где в природе можно наблюдать явление суперпозиции порядка событий.
