Normalmente, presume-se que a influência causal tem apenas um sentido - da causa para o efeito - e nunca volta do efeito para a causa - o toque de um sino não causa o pressionamento do botão que o acionou. Agora, pesquisadores da Universidade de Oxford e da Université libre de Bruxelles desenvolveram uma teoria da causalidade na teoria quântica, segundo o qual as relações de causa-efeito podem às vezes formar ciclos. Essa teoria oferece uma nova compreensão dos processos exóticos nos quais os eventos não têm uma ordem causal definida. O estudo foi publicado em Nature Communications .

Uma das maneiras pelas quais a teoria quântica desafia as intuições clássicas é desafiando nossas idéias de causalidade. O emaranhamento quântico pode ser usado para produzir correlações entre experimentos distantes que são conhecidos por evitar explicações causais satisfatórias dentro da estrutura dos modelos causais clássicos. Além disso, espera-se que uma unificação da teoria quântica e da gravidade permita situações em que a estrutura causal do espaço-tempo está sujeita à indefinição quântica, sugerindo que os eventos não precisam ser ordenados causalmente.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores de Oxford e Bruxelas desenvolveu uma teoria de causalidade na teoria quântica, em que os conceitos causais são definidos em termos intrinsecamente quânticos, em vez de pertencer a um nível clássico emergente de resultados de medição. Isso ofereceu uma compreensão causal das correlações produzidas por estados emaranhados. Agora, eles generalizaram a teoria para permitir que a influência causal ocorra em ciclos, fornecer uma compreensão causal de processos com eventos em ordem causal indefinida.

"A ideia-chave por trás de nossa proposta é que as relações causais na teoria quântica correspondem à influência por meio das chamadas transformações unitárias - esses são os tipos de transformações que descrevem as evoluções de sistemas quânticos isolados. Isso é intimamente análogo a uma abordagem aos modelos causais clássicos que assume determinismo subjacente e situa relações causais em dependências funcionais entre variáveis, "diz Jonathan Barrett, da University of Oxford. A ideia principal do novo estudo é aplicar o mesmo princípio a processos em que a ordem das operações pode ser dinâmica ou mesmo indefinida, como uma grande classe desses processos pode ser entendida como decorrente de transformações unitárias, também, apenas não aqueles que se desenrolam em uma sequência comum.

"Anteriormente, os processos com ordem causal indefinida eram tipicamente considerados simplesmente incompatíveis com qualquer explicação causal. Nosso trabalho mostra que uma classe importante deles - aqueles que podem ser entendidos como decorrentes de processos unitários e que se acredita serem os que poderiam ter uma realização física na natureza - poderia, na verdade, ser visto como tendo uma estrutura causal definida, embora envolva ciclos, "diz Robin Lorenz, um autor correspondente do estudo. "A ideia de estruturas causais cíclicas pode parecer contra-intuitiva, mas a estrutura do processo quântico dentro do qual é formulado garante que está livre de paradoxos lógicos, como a possibilidade de voltar no tempo e matar seu eu mais jovem, "explica Ognyan Oreshkov da Université libre de Bruxelles.

"Exóticos como parecem, alguns desses cenários são conhecidos por terem realizações experimentais nas quais as variáveis ​​de interesse são deslocalizadas no tempo. "

Isso significa que o espaço-tempo não tem a estrutura causal acíclica que normalmente se supõe ter? Não exatamente, uma vez que, nos experimentos mencionados, os eventos que estão causalmente relacionados de uma forma cíclica não são locais no espaço-tempo. Contudo, os pesquisadores acreditam que a própria estrutura causal do espaço-tempo pode se tornar cíclica dessa forma quântica na interseção da teoria quântica e da relatividade geral, onde processos análogos aos realizáveis ​​no laboratório são esperados, mas com os eventos sendo locais em seus respectivos referenciais de espaço-tempo.