p (Phys.org) —Embora haja muitas ideias contra-intuitivas na teoria quântica, a ideia de que as influências podem viajar para trás no tempo (do futuro para o passado) geralmente não é uma delas. Contudo, recentemente, alguns físicos têm estudado essa ideia, chamado de "retrocausalidade, "porque pode resolver alguns quebra-cabeças de longa data da física quântica. Em particular, se a retrocausalidade é permitida, então os famosos testes de Bell podem ser interpretados como evidência de retrocausalidade e não de ação à distância - um resultado que Einstein e outros céticos dessa propriedade "fantasmagórica" ​​podem ter apreciado. p Em um novo artigo publicado em Anais da Royal Society A , os físicos Matthew S. Leifer da Chapman University e Matthew F. Pusey do Perimeter Institute for Theoretical Physics deram um novo suporte teórico para o argumento de que, se certas suposições que parecem razoáveis ​​forem feitas, então a teoria quântica deve ser retrocausal.

p O apelo da retrocausalidade

p Primeiro, para esclarecer o que é e o que não é retrocausalidade:isso não significa que os sinais podem ser comunicados do futuro para o passado - tal sinalização seria proibida mesmo em uma teoria retrocausal devido a razões termodinâmicas. Em vez de, retrocausalidade significa que, quando um experimentador escolhe a configuração de medição com a qual medir uma partícula, essa decisão pode influenciar as propriedades daquela partícula (ou outra partícula) no passado, mesmo antes de o experimentador fazer sua escolha. Em outras palavras, uma decisão tomada no presente pode influenciar algo no passado.

p Nos testes Bell originais, os físicos presumiram que as influências retrocausais não poderiam acontecer. Consequentemente, a fim de explicar suas observações de que as partículas distantes parecem saber imediatamente que medição está sendo feita no outro, a única explicação viável era ação à distância. Isso é, as partículas estão de alguma forma influenciando umas às outras, mesmo quando separadas por grandes distâncias, de maneiras que não podem ser explicadas por nenhum mecanismo conhecido. Mas, ao permitir a possibilidade de que a configuração de medição para uma partícula possa influenciar retrocausalmente o comportamento da outra partícula, não há necessidade de ação à distância - apenas influência retrocausal.

p Generalizando retrocausalidade:com ou sem um estado quântico real

p Um dos principais proponentes da retrocausalidade na teoria quântica é Huw Price, professor de filosofia na Universidade de Cambridge. Em 2012, Price apresentou um argumento sugerindo que qualquer teoria quântica que assume que 1) o estado quântico é real, e 2) o mundo quântico é simétrico no tempo (que os processos físicos podem correr para a frente e para trás enquanto são descritos pelas mesmas leis físicas) deve permitir influências retrocausais. Compreensível, Contudo, a ideia de retrocausalidade não pegou nos físicos em geral.

p "Há um pequeno grupo de físicos e filósofos que acham que vale a pena perseguir essa ideia, incluindo Huw Price e Ken Wharton [professor de física na San José State University], "Leifer disse Phys.org . "Não há, no meu conhecimento, uma interpretação geralmente aceita da teoria quântica que recupera toda a teoria e explora essa ideia. É mais uma ideia para uma interpretação no momento, então eu acho que outros físicos são céticos, e a responsabilidade recai sobre nós para concretizar a ideia. "

p No novo estudo, Leifer e Pusey tentam fazer isso generalizando o argumento de Price, o que talvez o torne mais atraente à luz de outras pesquisas recentes. Eles começam removendo a primeira suposição de Price, de modo que o argumento se mantém se o estado quântico é real ou não - uma questão que ainda é de algum debate. Um estado quântico que não é real descreveria o conhecimento dos físicos de um sistema quântico em vez de ser uma propriedade física verdadeira do sistema. Embora a maioria das pesquisas sugira que o estado quântico é real, é difícil confirmar de uma forma ou de outra, e permitir a retrocausalidade pode fornecer uma visão sobre esta questão. Permitir essa abertura em relação à realidade do estado quântico é uma das principais motivações para a investigação da retrocausalidade em geral, Leifer explicou.

p "A razão pela qual acho que vale a pena investigar a retrocausalidade é que agora temos uma série de resultados proibidos sobre interpretações realistas da teoria quântica, incluindo o teorema de Bell, Kochen-Specker, e provas recentes da realidade do estado quântico, "disse ele." Estes dizem que qualquer interpretação que se encaixa na estrutura padrão para interpretações realistas deve ter características que eu consideraria indesejáveis. Portanto, as únicas opções parecem ser abandonar o realismo ou romper com a estrutura realista padrão.

p "Abandonar o realismo é bastante popular, mas acho que isso priva a ciência de muito de seu poder explicativo e, portanto, é melhor encontrar relatos realistas sempre que possível. A outra opção é investigar possibilidades realistas mais exóticas, que incluem retrocausalidade, relacionalismo, e muitos mundos. Além de muitos mundos, estes não foram muito investigados, então acho que vale a pena examinar todos eles com mais detalhes. Não estou pessoalmente comprometido com a solução retrocausal além dos outros, mas parece possível formulá-lo com rigor e investigá-lo, e acho que isso deve ser feito para várias das possibilidades mais exóticas. "

p Não pode ter simetria de tempo e não-retrocausalidade

p Em seu jornal, Leifer e Pusey também reformulam a ideia usual de simetria do tempo na física, que se baseia na reversão de um processo físico, substituindo t com - t nas equações de movimento. Os físicos desenvolvem um conceito mais forte de simetria do tempo aqui, em que a reversão de um processo não só é possível, mas que a probabilidade de ocorrência é a mesma, esteja o processo avançando ou retrocedendo.

p O principal resultado dos físicos é que uma teoria quântica que assume tanto esse tipo de simetria de tempo quanto que a retrocausalidade não é permitida entra em contradição. Eles descrevem um experimento que ilustra essa contradição, em que a suposição de simetria de tempo requer que os processos de avanço e retrocesso tenham as mesmas probabilidades, mas a suposição de não retrocausalidade exige que sejam diferentes.

p Então, em última análise, tudo se resume à escolha de manter a simetria do tempo ou não-retrocausalidade, como o argumento de Leifer e Pusey mostra que você não pode ter os dois. Visto que a simetria do tempo parece ser uma simetria física fundamental, eles argumentam que faz mais sentido permitir a retrocausalidade. Fazer isso eliminaria a necessidade de ação à distância nos testes Bell, e ainda seria possível explicar por que o uso de retrocausalidade para enviar informações é proibido.

p "O caso para abraçar a retrocausalidade parece mais forte para mim pelas seguintes razões, "Leifer disse." Primeiro, ter retrocausalidade permite-nos potencialmente resolver as questões levantadas por outros teoremas no-go, ou seja, permite-nos ter correlações de Bell sem ação à distância. Então, embora ainda tenhamos que explicar por que não há sinalização para o passado, parece que podemos juntar vários quebra-cabeças em um só. Isso não seria o caso se abandonássemos a simetria do tempo.

p "Segundo, sabemos que a existência de uma flecha do tempo já deve ser explicada por argumentos termodinâmicos, ou seja, é uma característica das condições de contorno especiais do universo e não em si uma lei da física. Uma vez que a capacidade de enviar sinais apenas para o futuro e não para o passado faz parte da definição da flecha do tempo, parece-me provável que a incapacidade de sinalizar para o passado em um universo retrocausal também pode surgir de condições de contorno especiais, e não precisa ser uma lei da física. A simetria do tempo parece menos provável de emergir desta forma (na verdade, geralmente usamos a termodinâmica para explicar como a aparente assimetria de tempo que observamos na natureza surge de leis simétricas de tempo, em vez do contrário). "

p Como os físicos explicam mais, toda a ideia de retrocausalidade é tão difícil de aceitar porque nunca a vemos em nenhum outro lugar. O mesmo se aplica à ação à distância. Mas isso não significa que podemos supor que a não retrocausalidade e a não ação à distância sejam verdadeiras para a realidade em geral. Em ambos os casos, os físicos querem explicar por que uma dessas propriedades surge apenas em certas situações que estão muito distantes de nossas observações cotidianas.

p "Uma maneira de olhar para todos os teoremas proibidos é em termos de ajustes finos, "Leifer explicou." Você percebe uma propriedade das previsões da teoria e assume que essa propriedade também é verdadeira para a realidade. Então você mostra que isso é incompatível com a reprodução das previsões da teoria quântica e você tem um teorema proibido.

p "Por exemplo, no teorema de Bell, notamos que não podemos enviar sinais superluminais, então assumimos que não há influências superluminais na realidade, mas isso nos coloca em conflito com as previsões observadas experimentalmente. Observe que não são as influências superluminais per se que são o maior problema. Se pudéssemos enviar sinais mais rápido do que a luz, diríamos simplesmente:'Ah bem, Einstein estava errado. A teoria da relatividade está simplesmente incorreta. ' E então prossiga com a física. Mas não foi isso que aconteceu:nenhuma sinalização ainda se mantém no nível do que observamos, apenas existe uma tensão entre isso e o que deve estar acontecendo na realidade para reproduzir o que observamos. Se houver influências superluminais, então por que não podemos observá-los diretamente? Este é o quebra-cabeça que clama por explicação. "

p Implicações e questionamentos de suposições

p Se a retrocausalidade é uma característica do mundo quântico, então, teria vastas implicações para a compreensão dos físicos dos fundamentos da teoria quântica. Talvez o maior significado seja a implicação para os testes de Bell, mostrando que partículas distantes realmente não podem influenciar umas às outras, mas sim - como Einstein e outros acreditavam - que a teoria quântica está incompleta. Se os novos resultados forem verdadeiros, então a retrocausalidade pode ser uma das peças que faltam para completar a teoria quântica.

p "Eu acho que diferentes interpretações [da teoria quântica] têm diferentes implicações sobre como podemos generalizar a teoria quântica padrão, "Leifer disse." Isso pode ser necessário para construir a teoria correta da gravidade quântica, ou mesmo para resolver alguns problemas na física de alta energia, visto que a unificação das outras três forças ainda está no ar à luz dos resultados do LHC. Então eu acho que teorias futuras construídas sobre as ideias de interpretações existentes são onde podemos ver a diferença, mas reconhecemos que estamos muito longe de descobrir como isso pode funcionar no momento.

p "Especulativamente, se houver retrocausalidade no universo, então pode ser o caso de haver certas épocas, talvez perto do big bang, em que não há uma seta definida de causalidade. Você pode imaginar que uma assinatura de tal era pode aparecer em dados cosmológicos, como a radiação cósmica de fundo. Contudo, isso é muito especulativo, e não tenho ideia de quais assinaturas podemos esperar ainda. "

p Os físicos não têm experimentos planejados para testar a retrocausalidade, mas como a ideia é mais uma interpretação de observações do que fazer novas observações, o que é mais necessário pode não ser um teste, mas mais suporte teórico.

p "No que diz respeito aos testes experimentais diretos de retrocausalidade, o status não é muito diferente de outras coisas nas fundações da mecânica quântica, "Leifer disse." Nós nunca testamos uma suposição isoladamente, mas sempre em conjunto com muitos outros, e então temos que decidir qual rejeitar por outros motivos. Por exemplo, você pode pensar que os experimentos de Bell mostram que a natureza não é local, mas apenas se você decidiu primeiro aceitar outras suposições, como realismo e não retrocausalidade. Então, você pode dizer que os experimentos de Bell já fornecem evidências de retrocausalidade se você não estiver inclinado a rejeitar o realismo ou a localidade. De forma similar, o tipo de experimentos que descrevemos em nosso artigo fornece algumas evidências de retrocausalidade, mas apenas se você se recusar a rejeitar as outras suposições.

p "Na verdade, a situação é realmente a mesma em tudo experimentos científicos. Há uma série de suposições sobre o funcionamento do aparato experimental que você deve aceitar para concluir que a experiência mostra o efeito que você está procurando. É só isso, no caso de fundações quânticas, o assunto é muito controverso, portanto, estamos mais propensos a questionar as suposições básicas do que no caso de, dizer, um ensaio de drogas médicas. Contudo, tais suposições estão sempre lá e sempre é possível questioná-las. " p © 2017 Phys.org