Причинность согласно Вики
Отношение между событием (причиной) и вторым событием (следствием), где первое событие понимается как ответственное за второе.
Для того чтобы это соотношение было верным, необходимо, чтобы первое событие предшествовало второму.
Причинность является одним из основных элементов современной философии. И это то, что мы принимаем как должное; конечно то что происходит сейчас повлияет на будущее, но не наоборот !
Однако в эксперименте с квантовым ластиком с отложенным выбором
Если фотон проявляет себя так, как будто он пришел к детектору по единственному пути, то «здравый смысл» (который оспаривают Уилер и другие) говорит, что он должен был войти в двухщелевое устройство как частица. Если фотон проявляет себя так, как будто он пришел двумя неразличимыми путями, то он должен был войти в двухщелевое устройство в виде волны. Если экспериментальное оборудование изменить, пока фотон находится в середине полета, то фотон должен изменить свое первоначальное «решение» относительно того, быть ли ему волной или частицей. Уилер указал, что когда эти предположения применяются к устройству межзвездных размеров, решение, принятое в последнюю минуту на Земле о том, как наблюдать фотон, может изменить решение, принятое миллионы или даже миллиарды лет назад .
Другими словами, то, что происходит сейчас, будет определяться тем , что произойдет в будущем, что прямо противоречит известному нам принципу причинности! Принцип, который был почти верен в тавтологическом смысле, теперь не всегда верен.
Является ли квантовый ластик с отложенным выбором опровержением принципа причинности? Как современная философия имеет смысл и включает в себя это последнее научное открытие?
Одним из фундаментальных принципов квантовой механики является принцип суперпозиции. Его наиболее простое применение гласит: если существуют два пути для перехода из состояния А в состояние В, то функция перехода (пси-функция) развивается до конечного состояния как сумма двух отдельных функций перехода.
Эксперимент с двойным расщеплением имеет два разных пути от А к В. Следовательно, необходимо учитывать две функции перехода. Эксперимент может быть выполнен с отдельными фотонами, один фотон за другим проходит через двойное разделение. Если эксперимент проходит без помех, то обе переходные функции фотона когерентны и интерферируют. В экспериментальной установке двойное разделение заменено светоделителем, который создает левый и правый лучи.
Теоретическое предложение, экспериментальная установка и интерпретация результата квантового ластика с отложенным выбором см.
Скалли и Дрюл в 1982 году предложили способ по-разному маркировать фотоны после выхода из светоделителя. Маркировка добавляет к каждой функции перехода различную информацию о пути. Как и ожидалось, эта маркировка разрушает связность. Результат не показывает никаких помех.
Во-вторых, они предлагают квантовый ластик, который удаляет метки непосредственно перед окончательным обнаружением фотона. Как и ожидалось, две функции перехода со стертой информацией о пути мешают друг другу.
В качестве третьего шага Скалли и Дрюл предлагают квантовый ластик с отложенным выбором. За светоделителем каждый фотон преобразуется с понижением частоты в пару запутанных фотонов половинной частоты. Один фотон пары называется сигнальным фотоном, другой — холостым фотоном. Бездействующий фотон помечен информацией о пути.
Теперь переходные функции сигнальных фотонов рассматриваются как и раньше. Но холостые фотоны, каждый из которых несет информацию о своем пути и его партнере по сигналу, либо наблюдаются отдельно, и их информация о пути считывается. Или они совпадают и теряют информацию о том, какой путь.
Удивительный результат эксперимента возникает, когда пути сигнальных фотонов отделены от путей холостых фотонов большим расстоянием, например 10 световыми годами. Предположим, что сегодня сигнальные фотоны заканчивают свой путь. Наблюдается невмешательство сигнальных фотонов, потому что информация об их пути все еще существует, а именно содержится в функции перехода их холостых партнеров.
10 лет спустя холостые фотоны также заканчивают свой гораздо более длинный путь. Они обнаруживаются либо после сопоставления, либо при разделении. Теперь можно выделить те сигнальные фотоны, чьи холостые партнеры совпали и тем самым стерли их информацию о выборе пути. Подмножество соответствующих сигнальных фотонов обеспечивает интерференционную картину.
Грин делает следующий вывод:
Опять же, позвольте мне подчеркнуть, что будущие измерения ничего не меняют в том, что имело место в вашем эксперименте сегодня; будущие измерения никоим образом не меняют данные, которые вы собрали сегодня.
Следовательно, ответ на ваш первоначальный вопрос таков: квантовый ластик с отложенным выбором не является опровержением принципа причинности. Будущее событие не меняет прошлого события.
Грин продолжает:
Но будущие измерения действительно влияют на детали, которые вы можете использовать, когда описываете, что произошло сегодня. До того, как вы получите результаты измерений холостых фотонов, вы действительно ничего не сможете сказать об истории пути любого данного сигнального фотона. Однако, как только вы получите результаты, вы сделаете вывод, что сигнальные фотоны, чьи холостые партнеры были успешно использованы для выяснения информации о пути, могут быть описаны как те, которые спустя годы путешествовали либо влево, либо вправо. Вы также заключаете, что сигнальные фотоны, чьи холостые партнеры стерли информацию о выборе пути, не могут быть описаны как те, которые — много лет назад — определенно ушли в ту или иную сторону […]. Таким образом, мы видим, что будущее помогает формировать историю, которую вы рассказываете о прошлом.
Отсроченный выбор подрывает причинно-следственную связь между прошлым и будущим только в том случае, если предположить, что начальное состояние системы должно непосредственно определять результаты измерений и что волновые функции отражают наше незнание лежащего в основе состояния, которое уже определено и обнаруживается только посредством измерений, но есть и другие интерпретации. .
В итоге ситуация такова: после измерения, в ретроспективе, мы можем придумать красивую классическую историю того, что произошло, но история была бы другой (в том числе и для исходного состояния), если бы мы решили измерить что-то другое. . Но до измерения мы не можем знать соответствующие аспекты начального состояния, которые сказали бы нам, какая «классическая история» произойдет. Все «классические истории» по-прежнему возможны, так что измерения не меняют что-то, что мы знали наверняка о системе, что вдруг стало ложным. Измерение влияет только на то, что мы знали быесли бы мы измерили систему по-другому, то это проблема, только если предположить, что это «что-то, что мы знали бы» уже должно быть каким-то образом определено с самого начала эксперимента, или, другими словами, если мы настаиваем на наличии классических историй о эксперименты.
Вот еще некоторые подробности. Квантовая механика накладывает некоторые ограничения на причинность, но все немного сложнее. Все зависит от понятия причинности.
Некоторые авторы, например Льюис, пытаются свести каузальные разговоры к контрфактикам, корреляциям и т. п. (А вызывает Б, если А не произошло, Б не произошло бы, или если А повышает вероятность В...). Для этого можно применить принцип Рейхенбаха (если два события коррелированы, либо одно вызывает другое, либо они имеют общую причину). Причинность можно свести к разговору о корреляции + временным отношениям.
Наличие такого рода причинно-следственных связей в эксперименте — это то, что я назвал выше наличием «классической истории» эксперимента (технический термин — контрфактическая определенность).
С таким объяснением вы должны признать, что в квантовой механике существуют нелокальные причинные влияния, потому что мы обнаруживаем нелокальные корреляции. Поскольку отображаемые корреляции зависят от способа измерения системы, либо способ измерения системы оказывает ретрокаузальное влияние на начальное состояние, либо мгновенное нелокальное влияние. В последнем случае, поскольку согласно теории относительности не существует абсолютной упорядоченности во времени далеких событий, по-видимому, уже нельзя сказать, предшествует ли причина своему следствию или нет (если только не ввести привилегированную систему отсчета, которая противоречит относительность). Так что в любом случае при этой концепции причинности у нас есть проблема с временным упорядочением причин и следствий.
Однако существуют и другие объяснения причинности: причинность как производство (А вызывает В, если только возможно произвести А, чтобы вызвать В) или передача энергии или информации. Согласно этим представлениям, никогда не бывает нелокального влияния, потому что агент никак не может повлиять на дистанционное измерение по своему желанию, только решив измерить систему тем или иным образом на своем месте. Это связано с тем, что в любом случае результат измерения будет случайным. Тогда корреляцию на расстоянии можно было бы объяснить не причинным влиянием одного места на другое или общей причиной, а, например, тем, что измеряемые нами свойства относятся к нелокальной целостной системе.
Таким образом, хотя некоторые аспекты останутся загадочными, существуют способы понять причинность таким образом, чтобы квантовая механика не влекла за собой никакого ретрокаузального влияния.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Ваш вопрос конкретно об эксперименте с ластиком. В этом случае у вас есть эксперимент с двумя щелями, в котором частицы запутываются с другими, которые используются позже, чтобы извлечь интерференционную картину из первого эксперимента. Это извлечение включает «стирание» информации о том, через какую щель прошли частицы.
Обратите внимание, однако, что первоначально измеренный узор не меняется в результате дальнейших действий: он не показывает интерференцию, мы только извлекаем из него интерференционный узор, выбирая некоторые частицы (те, которые проходят через ластик). Какие частицы пройдут через ластик, непредсказуемо. Таким образом, хотя кажется естественным ретроспективно рассматривать ластик как источник интерференционной картины, можно также сказать, что интерференционная картина уже существовала и влияла на то, какие частицы будут проходить через ластик, а какие нет.
Это означает, что приняв взгляд на причинность как на корреляцию, эксперимент с ластиком можно объяснить нелокальными каузальными влияниями без обращения к ретрокаузальным влияниям, поскольку паттерн фактически извлечен (а не создан) в будущем.
Эксперимент с квантовым ластиком особенно сложен, только если вы имеете в виду классическую картину (он усугубляет то, как квантовая механика нарушает наши интуитивные представления), но на самом деле это обычный квантовый эксперимент, в котором волновая функция измеряется различными способами и наблюдаются корреляции. В любом случае прошлые результаты измерений никогда не меняются , и проблема может возникнуть только в том случае, если предположить, что должно существовать что-то, что определяет эти результаты в соответствии с «классической» историей.
Если бы ОП захотел прочитать немного дальше связанную вики-статью, он бы обнаружил:
если фотон интерпретируется в полете как суперпозиция состояний, т.е. как обладающий потенциальной возможностью проявить себя как волна или частица, а в полете не является ни тем, ни другим, то временной парадокс отсутствует .
Они добавляют:
Это стандартная точка зрения, и недавние эксперименты подтвердили ее.
На что они цитируют статью Ма, Цейленгера и др. об эксперименте по квантовому стиранию:
Наши результаты показывают, что точка зрения, согласно которой системный фотон ведет себя либо определенно как фотон, либо как волна, требует более быстрой, чем световая, связи. Поскольку это противоречило бы специальной теории относительности, мы считаем, что от этой точки зрения следует полностью отказаться.
Интересно, что я помню, как читал в одной из его популярных книг, что Фейнман работал над теорией обратной реакции Уиллера, но отказался от нее, потому что не смог заставить ее работать.
Причинность сильно ограничивает физическое мышление; и контрфактическое или спекулятивное мышление по этому поводу, как правило, предназначено только для того, чтобы лучше понять это: например, SEP различает темпоральность и причинность.
В качестве дополнительного замечания по этому поводу: теория причинных множеств представляет собой альтернативный подход к КГ, который берет эту структуру за основу и мотивируется теоремой, показывающей, что геометрия ОТО следует из ее причинной структуры.
Между измерениями в экспериментах DCQE нет причинно-следственной связи. Они только коррелированы, и, в отличие от экспериментов типа ЭПР/Белла, это даже не неклассическая корреляция: результаты экспериментов DCQE могут быть воспроизведены теорией локальной скрытой переменной.
Корреляции вневременны по своей природе. Например, положите в мешок два красных и два черных шара, перемешайте их, нарисуйте один и отложите в сторону, не глядя на него, затем подождите миллионы или миллиарды лет, затем нарисуйте второй и посмотрите на него. Если второй шар красный, то есть вероятность 1/3, что первый шар был красным, и вероятность 2/3, что он был черным, а если второй шар черный, то вероятности меняются местами.
Эксперименты DCQE не иллюстрируют ничего интересного в квантовой механике или, по крайней мере, ничего такого, что не было бы лучше проиллюстрировано экспериментом Белла, который имеет аналогичную структуру, но не может быть объяснен локальными скрытыми переменными. DCQE действительно следует классифицировать с проблемой Монти Холла и другими головоломками, которые показывают, что люди плохо рассуждают о вероятности.
Об этом я писал более подробно (с MathJax) в ответе на Physics SE .
Проще говоря, это только нарушило бы Относительность. Выйдя за пределы так называемого Светового Конуса. Я имею в виду, что это можно легко расценить как провал способа математического представления так называемого пространства-времени. Другими словами, «время» здесь понимается относительно мысленного эксперимента, который формализован и во многих случаях является функциональным, т. е. что-то делает/предсказывает вещи.
пояснительное дополнение:
Понятие «искривленное пространство», например, недостаточно для философских, диологических рассуждений. Так как оно предполагает «прямолинейное» пространство как предельное состояние, из которого определяется так называемая кривая. Просто висит, как аксиома в воздухе, и спрашивает, даю ли я результаты? Это не соединяется с основанием человеческого чувства. Так что это скорее сложная игра, а не истинное место, откуда можно сказать, что здесь и есть время как таковое.
Спасибо всем авторам за их мнения об эксперименте с квантовым ластиком с отложенным выбором. В конце концов, похоже, у нас есть только два объяснения наблюдаемым результатам. Либо холостой фотон, который наблюдается позже, чем сигнальный фотон, влияет на паттерн сигнального фотона в более раннее время, ретро-причинность, или паттерн сигнального фотона влияет на то, какой путь выбирает холостой фотон, что можно объяснить нелокальностью. в более позднее время, возможно, даже спустя годы в случае эксперимента космического масштаба. Я полагаю, что большинство людей предпочли бы признать нелокальность в более позднее время, вплоть до изменения пути фотона в полете или осуществления того, что должно быть чисто случайным событием, таким как отражение или прохождение фотона через наполовину посеребренную линзу. зеркало, чем принять ретро-причинность. Я предполагаю, что любое объяснение может быть подходящим, но нелокальность в более позднее время, по крайней мере, сохраняет причинность. Я лично не думаю, что мы должны предпринимать героические усилия, чтобы сохранить наши классические представления о причинности, но я согласен с тем, что нелокальное действие в более позднее время (влияние на действия холостого фотона, стереть или нет) является объяснением, которое наиболее согласуется с известной физикой. Конечно, если мы примем объяснение, что это просто результат отсроченного нелокального действия, нам придется принять некую аксиому или закон природы, который углубляется в отражение или передачу этого отдельного бездельника. фотон в этот конкретный момент, чтобы все наблюдения были согласованными, даже если они разделены произвольным промежутком времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем. но нелокальность в более позднее время по крайней мере сохраняет причинность. Я лично не думаю, что мы должны предпринимать героические усилия, чтобы сохранить наши классические представления о причинности, но я согласен с тем, что нелокальное действие в более позднее время (влияние на действия холостого фотона, стереть или нет) является объяснением, которое наиболее согласуется с известной физикой. Конечно, если мы примем объяснение, что это просто результат отсроченного нелокального действия, нам придется принять некую аксиому или закон природы, который углубляется в отражение или передачу этого отдельного бездельника. фотон в этот конкретный момент, чтобы все наблюдения были согласованными, даже если они разделены произвольным промежутком времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем. но нелокальность в более позднее время по крайней мере сохраняет причинность. Я лично не думаю, что мы должны предпринимать героические усилия, чтобы сохранить наши классические представления о причинности, но я согласен с тем, что нелокальное действие в более позднее время (влияние на действия холостого фотона, стереть или нет) является объяснением, которое наиболее согласуется с известной физикой. Конечно, если мы примем объяснение, что это просто результат отсроченного нелокального действия, нам придется принять некую аксиому или закон природы, который углубляется в отражение или передачу этого отдельного бездельника. фотон в этот конкретный момент, чтобы все наблюдения были согласованными, даже если они разделены произвольным промежутком времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем. Я лично не думаю, что мы должны предпринимать героические усилия, чтобы сохранить наши классические представления о причинности, но я согласен с тем, что нелокальное действие в более позднее время (влияние на действия холостого фотона, стереть или нет) является объяснением, которое наиболее согласуется с известной физикой. Конечно, если мы примем объяснение, что это просто результат отсроченного нелокального действия, нам придется принять некую аксиому или закон природы, который углубляется в отражение или передачу этого отдельного бездельника. фотон в этот конкретный момент, чтобы все наблюдения были согласованными, даже если они разделены произвольным промежутком времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем. Я лично не думаю, что мы должны предпринимать героические усилия, чтобы сохранить наши классические представления о причинности, но я согласен с тем, что нелокальное действие в более позднее время (влияние на действия холостого фотона, стереть или нет) является объяснением, которое наиболее согласуется с известной физикой. Конечно, если мы примем объяснение, что это просто результат отсроченного нелокального действия, нам придется принять некую аксиому или закон природы, который углубляется в отражение или передачу этого отдельного бездельника. фотон в этот конкретный момент, чтобы все наблюдения были согласованными, даже если они разделены произвольным промежутком времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем. но я согласен с тем, что нелокальное действие в более позднее время (влияние на действия холостого фотона, которые будут стерты или нет) является объяснением, наиболее согласующимся с известной физикой. Конечно, если мы примем объяснение, что это просто результат отсроченного нелокального действия, нам придется принять некую аксиому или закон природы, который углубляется в отражение или передачу этого отдельного бездельника. фотон в этот конкретный момент, чтобы все наблюдения были согласованными, даже если они разделены произвольным промежутком времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем. но я согласен с тем, что нелокальное действие в более позднее время (влияние на действия холостого фотона, которые будут стерты или нет) является объяснением, наиболее согласующимся с известной физикой. Конечно, если мы примем объяснение, что это просто результат отсроченного нелокального действия, нам придется принять некую аксиому или закон природы, который углубляется в отражение или передачу этого отдельного бездельника. фотон в этот конкретный момент, чтобы все наблюдения были согласованными, даже если они разделены произвольным промежутком времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем. нам придется принять какую-то аксиому или закон природы, который подробно описывает отражение или передачу этого отдельного холостого фотона в данный конкретный момент, чтобы обеспечить согласованность всех наблюдений, даже если они разделены произвольным интервалом. количество времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем. нам придется принять какую-то аксиому или закон природы, который подробно описывает отражение или передачу этого отдельного холостого фотона в данный конкретный момент, чтобы обеспечить согласованность всех наблюдений, даже если они разделены произвольным интервалом. количество времени или пространства. Очаровательный. Еще раз спасибо всем.
Не подразумевает ли «нелокальное действие в более позднее время» сильный детерминизм? Предположим, фотон путешествует миллион лет. В конце своего путешествия он сталкивается с детектором, который сообщает экспериментатору, в каком направлении (скажем, вокруг гравитационной линзы) он двигался. Экспериментальный аппарат появился только во время последней части путешествия фотона. Должны ли мы предположить, что аппаратура, экспериментатор, цивилизация, земля — все было предопределено за миллион лет до испускания фотона? Для меня ретропричинность легче переваривается.
КриглКрагл