How Retrocausality Helps
本論文は、逆因果律の導入が量子力学における様々な不可解な問題に対してより明快な説明を提供することを論じ、この研究方向への注目の高まりを提唱するものである。
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量子力学は、物質の最小単位がどのように振る舞うかを予測する上で、科学史上最も成功した理論です。それは、原子に光を当てたり、スリットに電子を通過させたりしたときに何が起こるかを正確に教えてくれます。しかし、その数学的な精密さにもかかわらず、この理論は、世界で実際に何が起きているのかについて、深い謎を残しています。私たちの日常的な経験では、原因は常に結果に先立ちます。池に投げ込まれた石は、外側へと広がる波紋を作り出しますが、波紋が逆方向に進んで石を水から押し出すことはありません。ところが、標準的な量子力学は、この常識に反しているように見えます。それは、粒子が光よりも速い接続を示唆するような方法で、広大な距離を越えて結びつくことができることを示唆しており、現実を固定された位置を持つ確定的な物体としてではなく、観測されたときに初めて特定の状態に落ち着く確率の雲として記述しています。物理学者たちは、時空の根本的なルールを壊すことなく、これらの奇妙な予測に適合する現実のイメージを見出すために、長い間苦闘してきました。
シドニー大学の研究者、ロデリック・I・サザランドは、時間の方向性を再考することで、これらの深い謎を解決する方法を提案しています。彼は、未来の出来事が過去に影響を与える可能性、すなわち「逆向き因果律（レトロコーザリティ）」と呼ばれる概念を認めるべきだと主張しています。これは、人が廊下を後ろ向きに歩くような意味でのタイムトラベルが可能であることを意味するのではありません。むしろ、実験者が将来行う選択が、より早い時点における粒子の状態を決定できるということを意味しています。この考えを受け入れることで、サザランドは、量子力学の最も混乱を招く側面の多くが突如として明確になり、理論が私たちが知る物理的世界により近い状態へと回復できると論じています。
量子物理学における最も有名な問題は、相互作用した後に遠く離れた場所に移動した2つの粒子に関するものです。科学者が一方の粒子の性質を測定すると、もう一方の粒子は、まるで光よりも速く通信しているかのように、即座にどのような結果を与えるべきかを知っているように見えます。この現象は数え切れないほどの実験で確認されており、何も光よりも速く移動できないという規則に違反しているように見えます。サザランドは、未来に行われる測定の選択が、粒子が生成された瞬間に向かって過去へと信号を送ると仮定すれば、その接続は完全に局所的になることを示しています。謎めいた空間への跳躍の代わりに、影響は時間の経路を通じて連続的に移動し、測定へと前方へ進み、そして源へと後方へと戻ります。この視点の単純な転換によって、超光速通信の必要性は取り除かれ、物理法則はアインシュタインの相対性理論と整合性が保たれます。
このアプローチはまた、複数の粒子を持つシステムをどのように記述するかという大きな悩みを解決します。標準的な量子力学では、もつれ状態にある粒子のグループは、私たちの日常の世界の3次元ではなく、高次元の空間に存在する単一の複雑な数学的対象として記述されます。これにより、粒子が実際に何をしているのかを想像することが困難になります。サザランドは、逆向き因果律を用いることで、普通の物体と同じように、各粒子に対して個別の記述を割り当てることができると実証しています。各粒子の状態は、将来その粒子に対して行われる測定に依存しますが、これにより、各粒子に個別に適用される単純で局所的なルールを用いてシステムを記述することが可能になります。奇妙な多次元の数学は、各粒子が時空における独自の経路を持つというイメージへと置き換えられます。
さらに、この手法は、単なる確率ではなく、確定的な値を用いて宇宙を記述する方法を提供します。標準的な見解では、エネルギーや運動量といった量は、測定されるまで曖昧なままです。サザランドは、未来の測定を境界条件として含めることで、これらの量があらゆる瞬間において特定の、実在する値を持つことができると提案しています。これは、量子力学を重力と結合させようとする試みにおいて特に重要です。現在、重力の方程式は滑らかで確定的な空間の形状を必要としていますが、量子力学は統計的な可能性の雲しか提供しません。未来の選択が過去におけるエネルギーや運動量の値を固定することを許容することで、サザランドは、空間が常に確定した形状を持つ理論を作り上げることができ、それが物理学の統一理論への道を開く可能性があると示唆しています。
この論文はまた、このアイデアが既存の量子現実のモデルを改善できることも示しています。例えば、粒子の確定的な経路を与えようとする有名な理論であるボーム力学は、通常、優先的な参照系を必要とし、相対性理論との整合性に苦慮します。サザランドは、逆向き因果的なバージョンのこのモデルが、相対性理論と完全に整合し、その相互作用が局所的であり、抽象的な多次元空間ではなく、私たちの4次元時空内の現実を記述できることを示しています。これは、逆向き因果律が量子力学の最終的な答えであることを証明するものではありませんが、未来が過去に影響を与えるという考えを受け入れることが、これまで見えなかった幅広い有望な解決策を切り開くことを示しています。それは、宇宙が、未来と過去が等しく実在し、今日の私たちの選択が昨日存在した現実を形作る助けとなるような、単一の相互接続された時間のブロックである可能性を示唆しています。
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