Приходилось ли вам когда-нибудь, попадая в сложную ситуацию, думать: «Это ведь всё результат моих собственных действий». Эта обычная фраза раскрывает то, как на самом деле мы, люди, понимаем время и причинно-следственные связи. Наши действия в прошлом коррелируют с нашим восприятием будущего — будь то хороший результат, например, успешная сдача экзамена после подготовки, или плохой — например, когда мы просыпаемся и чувствуем убийственное похмелье.
Но что, если эту прямую причинно-следственную связь можно каким-то образом обратить вспять во времени, позволяя действиям в будущем влиять на результаты в прошлом? Эта удивительная идея, известная как ретропричинность, на первый взгляд может показаться фантастикой, но она начинает приобретать реальную популярность среди физиков и философов, а также других исследователей, как возможное решение некоторых из самых неразрешимых загадок, лежащих в основе нашей реальности.
Другими словами, люди становятся все более «ретро-любопытными», — сказал в беседе с Motherboard Кеннет Уортон, профессор физики из Государственного университета Сан-Хосе, опубликовавший исследование о ретропричинности. Несмотря на то, что рассуждения о будущем, влияющем на прошлое, могут показаться странными, Уортон и другие считают, что это может объяснить некоторые странные явления, наблюдаемые в квантовой физике, существующей на крошечном атомном масштабе.
«У нас есть инстинктивное восприятие самых разных вещей, и для некоторые из них оно выражено сильнее», — сказал Уортон, недавно написавший статью о ретропричинности в соавторстве с Хью Прайсом, заслуженным профессором Боннского университета и почетным членом Тринити-колледжа в Кембридже.
«Я обнаружил, что наши инстинкты, касающиеся времени и причинности — это наши самые глубокие и сильные инстинкты, от которых физики и философы — да и остальные люди — не хотят отказываться», — добавил он.
Некоторые ученые, включая Прайса, уже несколько десятилетий рассуждают о том, что будущее может влиять на прошлое, но возобновление любопытства к ретропричинности вызвано недавними открытиями в области квантовой механики.
В отличие от привычного макроскопического мира, в котором мы живем и который управляется классической физикой, квантовая область допускает необъяснимо странные явления. Частицы в этих масштабах могут преодолевать прямо через, казалось бы, непроходимые барьеры (это называется туннельным эффектом), или одновременно находиться во множестве различных состояний (это называется суперпозицией).
Свойства квантовых объектов также могут каким-то образом синхронизироваться, даже если они находятся на расстоянии многих световых лет друг от друга. Эту так называемую «квантовую запутанность» Альберт Эйнштейн охарактеризовал как «пугающее дальнодействие», а экспериментальные исследования в этой области совсем недавно принесли Нобелевскую премию по физике 2022 года.
Квантовая запутанность идёт вразрез со многими нашими представлениями о Вселенной, побуждая ученых задаваться вопросом, от каких наших любимых ценностей в физике мы должны отказаться, чтобы её объяснить. Некоторые готовы принести в жертву идею «локальности», которая, по сути, означает, что объекты не должны взаимодействовать на больших расстояниях без какого-либо физического посредника. Другие исследователи готовы отказаться от «реализма» — идеи о существовании некоей объективной основы нашей реальности.
Уортон и Прайс, как и многие другие, придерживаются третьего варианта: ретропричинности. Помимо потенциального спасения таких концепций, как локальность и реализм, ретропричинные модели также открывают возможности для изучения «время-симметричного» взгляда на нашу Вселенную, в которой законы физики одинаковы независимо от того, идет ли время вперед или назад.
«Если вы считаете, что все процессы должны быть симметричны по времени, из этого следует необходимость в ретропричинности, способной объяснить квантовую механику симметричным по времени образом», — сказала Эмили Адлам, постдок из Института философии имени Ротмана при Западном университете, изучающая ретропричинность, в разговоре с Motherboard. «Люди заинтересовались этим вопросом по множеству различных причин, сошедшихся на одной теме».
Чтобы лучше понять ретропричинность, можно воспользоваться популярным мысленным экспериментом с участием персонажей по имени Алиса и Боб, получающих частицу из одного и того же источника, при том, что их разделяет некое расстояние. Проведя измерение квантовых свойств каждой из частиц, Алиса и Боб обнаруживают, что эти объекты странным образом связаны между собой, несмотря на определённое расстояние между ними.
Традиционно эта история, начало которой положили знаменитые эксперименты физика Джона Белла, интерпретируется как нелокальные квантовые эффекты, мгновенно порождающие связь между частицами, расположенными на каком-то расстоянии друг от друга, в момент измерения. Однако сторонники ретропричинности предполагают, что видимые корреляции свойств частиц проистекают из их прошлого. Другими словами, измерения, которые Алиса и Боб проводят на своих частицах, влияют на свойства этих частиц в прошлом.
«Вместо того чтобы рассматривать какие-то волшебные нелокальные связи между этими двумя точками в пространстве, можно представить, что связь между частицами идёт через прошлое — именно такой гипотезой мы интересуемся сегодня», — сказал Уортон. «Любая модель, в которой событие в прошлом коррелирует с будущим выбором, является ретропричинной», — добавил он.
Эта идея кажется такой неинтуитивной, потому что мы представляем себе время как реку, стрелку или последовательно идущие друг за другом квадратики в календаре. В своей основе эти парадигмы представляют причину в прошлом и её следствие в будущем как прямой поток. Но ретропричинность предлагает рассмотреть вариант, при котором эти элементы могут работать в обратном направлении. Это может показаться жутко странным для нашего мозга, который обрабатывает события последовательно, но история науки также изобилует примерами человеческих предубеждений, приводящих к неверным выводам – как, например, геоцентрическая модель Солнечной системы.
«Очевидно, ученому проще записать какой-нибудь закон природы, в котором учитывается текущее положение вещей, и делаются выводы об их будущем на основе настоящего», — сказала Адлам. «С практической точки зрения для ученых имеет смысл записывать законы, эволюционирующие во времени, потому что в большинстве случаев мы заинтересованы в том, чтобы с помощью этих законов предсказывать будущее».
«Но это чисто прагматическое соображение, — продолжила она. — Это не значит, что законы природы действительно должны работать именно так. Нет никаких особых причин, по которым они должны соответствовать нашим практическим интересам в этом смысле. Поэтому, я думаю, важно уметь различать форму законов, которые ученые любят записывать из практических соображений, и то, что на самом деле происходит в природе».
Сейчас важно подчеркнуть, что ретропричинность, что бы это ни значило — это не то же самое, что путешествие во времени. Эти модели не говорят о том, что сигналы или объекты – людей, например — можно отправить в прошлое. Отчасти потому, что нет никаких доказательств того, что в настоящее время нам поступают какие-либо послания или посещают гости из будущего.
«В работе с ретропричинной моделью нужно быть очень осторожным, и учитывать то, что она не позволяет нам посылать сигналы в прошлое, — объяснила Адлам. — Важно, что мы этого не можем сделать – иначе мы смогли бы создавать машины времени или временные парадоксы. Вы должны удостовериться в том, что ваша модель ретропричинности этого не допускает».
Вместо этого ретропричинные модели предполагают, что существует механизм, который позволяет обстоятельствам в будущем коррелировать с прошлыми состояниями. Подобный подход может устранить угрозы, нависшие над принципом локальности и реализмом, считают Уортон и Прайс, хотя среди экспертов существуют разногласия по поводу последствий применения этих моделей. (Например, Адлам опубликовала работу о том, что ретропричинность может и не спасти локальность).
Хотя существует целый ряд мнений о принципах работы и последствиях применения ретропричинных теорий, растущее количество исследователей считает, что эта концепция потенциально способна ответить на фундаментальные вопросы о Вселенной.
«Многие учёные, интересующиеся основами физики,- как физики, так и философы,- интересовались вопросом «Почему именно кванты?» или «Почему мир такой, каким его считает квантовая механика?, — сказал Прайс. — То есть, они пытаются понять, является ли квантовая механика естественным или неизбежным результатом простых принципов организации мироздания».
«Я думаю, что если предложенное нами объяснение природы квантовой запутанности сработает, то оно поможет ответить ещё и на эти вопросы, — продолжил он. — Оно продемонстрирует, как эта самая „запутанность“ естественным образом возникает из комбинации ингредиентов, на самом деле более фундаментальных, чем сама квантовая механика».
На сегодняшний день, возможно, самым грандиозным проектом в физике является поиск «Теории всего», которая наконец-то объяснит, как квантовая и классическая сферы умудряются сосуществовать, несмотря на совершенно несовместимые законы. Огромное количество ученых считает, что ключом к этому является выяснение того, как работает гравитация на квантовом уровне, но ретропричинность также может быть частью объяснения — по мнению исследователей, её изучающих.
«Проблема, стоящая сейчас перед физикой, заключается в том, что две наших самых успешных теории не стыкуются друг с другом, — объяснил Уортон. — Одна говорит о непрерывном пространстве-времени, а другая отказалась от этой концепции в пользу гигантской квантовой волновой функции».
«Решение этой проблемы, как все, похоже, молча согласились, заключается в том, что мы должны квантовать гравитацию, — продолжил он. — Это и есть цель. Почти никто не сказал: „А что, если объекты действительно находятся в пространстве и времени, и мы просто должны понять смысл квантовой теории в пространстве и времени“? Это будет совершенно новый способ объединить все – способ, на который люди не обращают внимания».
Прайс согласился, что эта ретропричинность может дать новое средство для окончательного устранения противоречий между квантовой механикой и классической физикой (включая Специальную теорию относительности).
«Это такой огромный выигрыш, что я всегда недоумеваю, почему ретропричинность не воспринималась более серьезно десятилетия назад», — сказал Прайс, добавив, что отчасти ответ может заключаться в том, что ретропричинность часто смешивали с другой далекой концепцией, называемой супердетерминизмом.
«Другая возможная выгода заключается в том, что ретропричинность поддерживает так называемый „эпистемический“ взгляд на волновую функцию в квантовой механике — идею о том, что она является лишь кодировкой наших неполных знаний о системе, — продолжил он. — Это значительно облегчает понимание так называемого «коллапса волновой функции». Этот коллапс можно будет описать как процесс изменения информации – так, как его представляли себе некоторые учёные, например, Эйнштейн и Шедингер. В этом отношении, я думаю, эта концепция позволяет избавиться еще от некоторых неклассических особенностей квантовой механики – просто потому, что они не описывают ничего физически реального».
С этой целью ученые, работающие над ретропричинностью, будут продолжать разрабатывать новые теоретические модели, которые попытаются объяснить все больше и больше экспериментальных явлений. В конечном счете, эти концепции могут вдохновить экспериментальные методы, которые могут предоставить доказательства как в пользу, так и против концепции, в рамках которой будущее влияет на прошлое.
«Наша цель состоит в том, чтобы придумать более общую модель, — заключил Уортон. — Удастся ли мне или кому-то другому добиться успеха — еще предстоит узнать, но меня радует, что все больше физиков серьезно относятся к этой задаче».
