Причина после следствия: открытие в квантовой физике

Квантовый эксперимент поставил под сомнение классический порядок причин и следствий

Учёные из Венского центра квантовой науки успешно провели эксперимент, доказывающий, что в квантовых системах события способны происходить без чётко заданного порядка. Итоги исследования были опубликованы в научном журнале PRX Quantum.

Суть эксперимента

В классической физике любое событие имеет причину, которая всегда предшествует ему во времени. Однако на уровне микромира картина может быть иной. В рамках новой работы физики проверили концепцию неопределённого причинного порядка — то есть ситуации, когда последовательность событий не фиксирована заранее. Для этого исследователи задействовали установку с квантовым переключателем. В ней фотон направляется на разделитель лучей и одновременно попадает на два разных пути. На первом пути события разворачиваются в последовательности A → B, а на втором — в обратном порядке: B → A. Поскольку фотон движется по обоим маршрутам одновременно (благодаря явлению суперпозиции), порядок событий тоже оказывается в состоянии суперпозиции. После прохождения путей лучи объединяются, создавая интерференцию — то есть взаимодействие двух вариантов последовательности событий.

Результаты измерений

Команда учёных измерила поляризацию фотона в различных условиях. Этот параметр напрямую зависит от того, какой маршрут фотон прошёл внутри установки. Согласно предположениям, если бы существовал некий скрытый фактор, задающий чёткий порядок событий, уровень корреляции между измерениями оставался бы невысоким. Однако результаты эксперимента опровергли эту гипотезу. Исследователи зафиксировали значительно более сильные корреляции, чем допускают классические модели с фиксированной последовательностью событий. Полученные значения вышли за рамки, установленные традиционными теориями. Это означает, что наблюдаемые эффекты невозможно объяснить с помощью скрытых переменных, предполагающих определённый порядок причин и следствий.

Значение открытия

По мнению авторов исследования, полученные данные убедительно свидетельствуют: в квантовой физике причинно‑следственные связи могут существовать без жёсткой временной структуры — то есть причина и следствие не всегда следуют друг за другом в привычном порядке. Хотя используемое оборудование пока не идеально и требует дальнейшей доработки (в частности, для повышения точности детектирования фотонов), эти результаты открывают новые перспективы. Последующие эксперименты в этой области способны радикально изменить наши представления о фундаментальных законах природы и о том, как устроена связь между причиной и следствием на квантовом уровне.