How Retrocausality Helps
Dieses Paper argumentiert, dass die Einführung von Retrokausalität klarere Erklärungen für verschiedene rätselhafte Probleme in der Quantenmechanik bietet und plädiert für eine verstärkte Aufmerksamkeit für diese Forschungsrichtung.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Die Quantenmechanik ist die erfolgreichste Theorie in der Geschichte der Wissenschaft, wenn es darum geht vorherzusagen, wie sich die kleinsten Teilchen der Materie verhalten. Sie sagt uns genau, was passieren wird, wenn wir Licht auf ein Atom richten oder Elektronen durch einen Spalt schießen. Doch trotz ihrer mathematischen Präzision lässt die Theorie ein tiefgreifendes Rätsel darüber offen, was tatsächlich in der Welt geschieht. In unserer alltäglichen Erfahrung gehen Ursachen immer den Wirkungen voraus: Ein Stein, der in einen Teich geworfen wird, erzeugt Wellen, die sich nach außen ausbreiten, aber die Wellen reisen niemals rückwärts, um den Stein aus dem Wasser zu drücken. Die Standard-Quantenmechanik scheint jedoch diesem gesunden Menschenverstand zu trotzen. Sie legt nahe, dass Teilchen über riesige Entfernungen hinweg so miteinander verbunden sein können, dass dies eine Verbindung impliziert, die schneller als das Licht ist, und sie beschreibt die Realität nicht als feste Objekte mit festen Positionen, sondern als eine Wolke von Wahrscheinlichkeiten, die sich erst bei einer Beobachtung in einen bestimmten Zustand festlegen. Physiker versuchen schon lange, ein Bild der Realität zu finden, das diese seltsamen Vorhersagen liefert, ohne die grundlegenden Regeln der Raum und Zeit zu verletzen.
Ein Forscher an der University of Sydney, Roderick I. Sutherland, hat einen Weg vorgeschlagen, diese tiefen Rätsel zu lösen, indem er die Richtung der Zeit überdenkt. Er schlägt vor, dass wir die Möglichkeit zulassen sollten, dass zukünftige Ereignisse die Vergangenheit beeinflussen können, ein Konzept, das als Retrokausalität bekannt ist. Dies bedeutet nicht, dass Zeitreisen im Sinne einer Person, die rückwärts durch einen Flur geht, möglich sind; vielmehr bedeutet es, dass die Entscheidungen eines Experimentators in der Zukunft den Zustand eines Teilchens zu einem früheren Zeitpunkt bestimmen können. Indem er diese Idee akzeptiert, argumentiert Sutherland, werden viele der verwirrendsten Aspekte der Quantenmechanik plötzlich klar, und die Theorie kann in einen Zustand zurückgeführt werden, der sich eher wie die physische Welt anfühlt, die wir kennen.
Das berühmteste Problem der Quantenphysik betrifft zwei Teilchen, die interagiert haben und sich dann weit voneinander entfernt haben. Wenn Wissenschaftler eine Eigenschaft eines Teilchens messen, scheint das andere Teilchen augenblicklich zu wissen, welches Ergebnis es liefern muss, als ob sie schneller als das Licht kommunizieren würden. Dieses Phänomen, das in unzähligen Experimenten bestätigt wurde, scheint die Regel zu verletzen, dass nichts schneller als das Licht reisen kann. Sutherland zeigt, dass, wenn wir zulassen, dass die in der Zukunft getroffene Messentscheidung ein Signal in die Vergangenheit an den Moment der Entstehung der Teilchen sendet, die Verbindung vollkommen lokal wird. Anstatt eines mysteriösen Sprungs durch den Raum reist der Einfluss auf einem kontinuierlichen Pfad durch die Zeit, bewegt sich vorwärts zur Messung und dann rückwärts zur Quelle. Dieser einfache Perspektivwechsel macht die Notwendigkeit einer Kommunikation schneller als das Licht überflüssig und hält die Gesetze der Physik konsistent mit Einsteins Relativitätstheorie.
Dieser Ansatz löst auch ein großes Problem bei der Beschreibung von Systemen mit mehreren Teilchen. In der Standard-Quantenmechanik wird eine Gruppe verschränkter Teilchen durch ein einziges, komplexes mathematisches Objekt beschrieben, das in einem hochdimensionalen Raum existiert, statt in den drei Dimensionen unserer alltäglichen Welt. Dies macht es schwierig, sich vorzustellen, was die Teilchen eigentlich tun. Sutherland demonstriert, dass wir durch die Verwendung von Retrokausalität jedem Teilchen eine separate, individuelle Beschreibung zuweisen können, genau wie wir es bei gewöhnlichen Objekten tun. Der Zustand jedes Teilchens hängt von den Messungen ab, die in der Zukunft an ihm vorgenommen werden, aber dies ermöglicht es uns, das System unter Verwendung einfacher, lokaler Regeln zu beschreiben, die für jedes Teilchen einzeln gelten. Die seltsame, mehrdimensionale Mathematik wird durch ein Bild ersetzt, in dem jedes Teilchen seinen eigenen festen Pfad durch Raum und Zeit hat.
Darüber hinaus bietet diese Methode einen Weg, das Universum mit definitiven Werten anstatt nur mit Wahrscheinlichkeiten zu beschreiben. In der Standardansicht sind Größen wie Energie und Impuls unscharf, bis sie gemessen werden. Sutherland schlägt vor, dass diese Größen einen spezifischen, realen Wert an jedem Moment haben können, wenn wir die zukünftige Messung als Randbedingung einbeziehen. Dies ist besonders wichtig für Versuche, die Quantenmechanik mit der Gravitation zu vereinen. Derzeit erfordern die Gleichungen der Gravitation eine glatte, definierte Form des Raums, während die Quantenmechanik nur eine statistische Wolke von Möglichkeiten liefert. Indem er zulässt, dass zukünftige Entscheidungen die Werte von Energie und Impuls in der Vergangenheit festlegen, deutet Sutherland an, dass wir eine Theorie erschaffen können, in der der Raum zu jeder Zeit eine definierte Form hat, was potenziell den Weg für eine vereinheitlichte Theorie der Physik ebnet.
Das Paper zeigt auch, dass diese Idee bestehende Modelle der Quantenrealität verbessern kann. Beispielsweise benötigt eine bekannte Theorie namens Bohmechanik, die versucht, Teilchen feste Pfade zu geben, normalerweise einen bevorzugten Bezugsrahmen und hat Schwierigkeiten mit der Relativität. Sutherland zeigt, dass eine retrokausale Version dieses Modells vollständig konsistent mit der Relativität, lokal in seinen Interaktionen und in der Lage gemacht werden kann, die Realität innerhalb unseres vierdimensionalen Raumtrakts anstatt in einem abstrakten, mehrdimensionalen Raum zu beschreiben. Obwohl dies nicht beweist, dass die Retrokausalität die endgültige Antwort auf die Quantenmechanik ist, zeigt es, dass das Akzeptieren der Idee zukünftiger Einflüsse auf die Vergangenheit ein Spektrum an vielversprechenden Lösungen eröffnet, die zuvor unsichtbar waren. Es deutet darauf an, dass das Universum ein einziger, miteinander verbundener Zeitblock sein könnte, in dem die Zukunft und die Vergangenheit gleichermaßen real sind und in dem die Entscheidungen, die wir heute treffen, helfen, die Realität zu formen, die gestern existierte.
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