How Retrocausality Helps
Dit artikel betoogt dat het introduceren van retrocausaliteit heldere verklaringen biedt voor diverse verwarrende kwesties in de kwantummechanica en pleit voor meer aandacht voor deze onderzoeksrichting.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Kwantummechanica is de meest succesvolle theorie in de geschiedenis van de wetenschap voor het voorspellen van hoe de kleinste deeltjes materie zich gedragen. Het vertelt ons precies wat er zal gebeuren wanneer we licht op een atoom schijnen of elektronen door een spleet schieten. Toch laat de theorie, ondanks haar wiskundige precisie, een diep mysterie achter over wat er werkelijk in de wereld gebeurt. In onze alledaagse ervaring komen oorzaken altijd vóór hun gevolgen: een steen die in een vijver wordt gegooid creëert rimpelingen die naar buiten toe verspreiden, maar de rimpelingen reizen nooit terug om de steen uit het water te duwen. De standaard kwantummechanica lijkt echter het gezonde verstand te tarten. Het suggereert dat deeltjes over enorme afstanden verbonden kunnen zijn op een manier die een verbinding impliceert die sneller is dan het licht, en het beschrijft de werkelijkheid niet als definitieve objecten met vaste posities, maar als een wolk van waarschijnlijkheden die pas een specifieke staat aannemen wanneer ze worden geobserveerd. Natuurkundigen worstelen al lang met het vinden van een beeld van de werkelijkheid dat aan deze vreemde voorspellingen voldoet zonder de fundamentele regels van hoe ruimte en tijd werken te breken.
Een onderzoeker aan de Universiteit van Sydney, Roderick I. Sutherland, heeft een manier voorgesteld om deze diepe puzzels op te lossen door de richting van de tijd te heroverwegen. Hij stelt voor dat we de mogelijkheid moeten accepteren dat toekomstige gebeurtenissen het verleden kunnen beïnvloeden, een concept dat bekend staat als retrocausaliteit. Dit betekent niet dat tijdreizen mogelijk is in de zin van een persoon die achteruit door een gang loopt; het betekent eerder dat de keuzes die een experimentator in de toekomst maakt, de toestand van een deeltje op een eerder moment kunnen bepalen. Door dit idee te accepteren, betoogt Sutherland dat veel van de meest verwarrende aspecten van de kwantummechanica plotseling duidelijk worden, en dat de theorie kan worden hersteld naar een staat die meer aanvoelt als de fysieke wereld die wij kennen.
Het meest beroemde probleem in de kwantumfysica betreft twee deeltjes die met elkaar hebben geïnteracteerd en daarna ver uit elkaar zijn geraakt. Wanneer wetenschappers een eigenschap van het ene deeltje meten, lijkt het andere deeltje onmiddellijk te weten welk resultaat het moet geven, alsof ze sneller dan het licht met elkaar communiceren. Dit fenomeen, dat in talloze experimenten is bevestigd, lijkt de regel te schenden dat niets sneller dan het licht kan reizen. Sutherland laat zien dat als we toestaan dat de keuze voor de meting die in de toekomst wordt gemaakt, een signaal terug in de tijd stuurt naar het moment waarop de deeltjes werden gecreëerd, de verbinding perfect lokaal wordt. In plaats van een mysterieuze sprong door de ruimte, reist de invloed via een continu pad door de tijd, bewegend naar de meting in de toekomst en vervolgens terug naar de bron. Deze eenvoudige verschuiving in perspectief elimineert de noodzaak voor enige communicatie sneller dan het licht en houdt de wetten van de natuurkunde consistent met Einsteins relativiteitstheorie.
Deze benadering lost ook een grote hoofdpijn op met betrekking tot hoe we systemen met meerdere deeltjes beschrijven. In de standaard kwantummechanica wordt een groep verstrengelde deeltjes beschreven door een enkel, complex wiskundig object dat bestaat in een hoogdimensionale ruimte, in plaats van in de drie dimensies van onze alledaagse wereld. Dit maakt het moeilijk om voor te stellen wat de deeltjes daadwerkelijk doen. Sutherland demonstreert dat we door retrocausaliteit te gebruiken, een aparte, individuele beschrijving aan elk deeltje kunnen toekennen, net zoals we dat voor gewone objecten doen. De toestand van elk deeltje hangt af van de metingen die in de toekomst op het zullen worden uitgevoerd, maar dit stelt ons in staat om het systeem te beschrijven met eenvoudige, lokale regels die voor elk deeltje afzonderlijk gelden. De vreemde, meerdimensionale wiskunde wordt vervangen door een beeld waarbij elk deeltje een eigen definitief pad door de ruimte en tijd heeft.
Bovendien biedt deze methode een manier om het universum met definitieve waarden te beschrijven in plaats van alleen met waarschijnlijkheden. In de standaardvisie zijn grootheden zoals energie en impuls vaag totdat ze worden gemeten. Sutherland stelt voor dat als we de toekomstige meting als een randvoorwaarde opnemen, deze grootheden op elk moment een specifieke, reële waarde kunnen hebben. Dit is bijzonder belangrijk voor pogingen om de zwaartekracht met de kwantummechanica te combineren. Momenteel vereisen de vergelijkingen voor zwaartekracht een gladde, definitieve vorm van de ruimte, terwijl de kwantummechanica slechts een statistische wolk van mogelijkheden biedt. Door toe te staan dat toekomstige keuzes de waarden van energie en impuls in het verleden vastleggen, suggereert Sutherland dat we een theorie kunnen creëren waarin de ruimte op elk moment een definitieve vorm heeft, wat potentieel de weg vrijmaakt voor een verenigde theorie van de fysica.
Het artikel laat ook zien dat dit idee bestaande modellen van de kwantumwerkelijkheid kan verbeteren. Zo vereist een bekende theorie genaamd Bohmiaanse mechanica, die probeert deeltjes definitieve paden te geven, gewoonlijk een voorkeursstelsel en heeft het moeite met de relativiteitstheorie. Sutherland laat zien dat een retrocausale versie van dit model volledig consistent kan worden gemaakt met de relativiteitstheorie, lokaal in zijn interacties is en in staat is de werkelijkheid te beschrijven binnen onze vierdimensionale ruimtetijd in plaats van in een abstracte, meerdimensionale ruimte. Hoewel dit niet bewijst dat retrocausaliteit het definitieve antwoord op de kwantummechanica is, demonstreert het dat het omarmen van het idee van toekomstige invloeden op het verleden een reeks veelbelovende oplossingen opent die voorheen onzichtbaar waren. Het suggereert dat het universum een enkele, onderling verbonden blok van tijd kan zijn waar de toekomst en het verleden even reëel zijn, en waar de keuzes die we vandaag maken helpen de werkelijkheid vorm te geven die gisteren bestond.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.