Onderzoekers van de Universiteit van Wenen en de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen ontwikkelen een nieuw theoretisch kader om te beschrijven hoe causale structuren in de kwantummechanica transformeren. Ze analyseren onder welke omstandigheden de kwantummechanica het mogelijk maakt dat de causale structuur van de wereld 'vaag' wordt. In dit geval, een vaste volgorde van gebeurtenissen is niet mogelijk. De resultaten worden gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Fysieke beoordeling X .

Het idee dat gebeurtenissen de een na de ander plaatsvinden in een vaste causale volgorde, maakt deel uit van ons intuïtieve beeld van de fysieke wereld. Stel je voor dat Alice een bericht naar Bob kan sturen via een draad die hen verbindt. Alice besluit een barbecue te houden en kan Bob via de draadverbinding uitnodigen. Als hij wordt uitgenodigd, Bob besluit wat Ćevapčići voor te bereiden om mee te nemen. Dit is een voorbeeld waarbij de gebeurtenis waarin Alice besluit Bob uit te nodigen voor de barbecue, invloed heeft op de gebeurtenis waarin Bob besluit eten te bereiden. Een dergelijke volgorde van gebeurtenissen kenmerkt een duidelijke causale structuur. Echter, onderzoek naar de fundamenten van de kwantummechanica suggereert dat, op kwantumniveau, causale structuren kunnen 'onbepaald' zijn. In een onbepaalde causale structuur is er misschien geen vaste volgorde waarin gebeurtenissen plaatsvinden, d.w.z. of Alice Bob beïnvloedt of Bob Alice beïnvloedt, is misschien niet gedefinieerd.

Als causaliteit inderdaad onbepaald is, waar komen onbepaalde causale structuren vandaan? Kunnen ze dynamisch worden verkregen zodat bepaalde causale structuren onbepaald worden? En, als, onder welke voorwaarden kan dit gebeuren? Antwoorden op deze vragen zouden opmerkelijk zijn, omdat ze licht zouden werpen op de aard van causaliteit in de kwantumwereld.

In een recente krant, gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling X , een groep natuurkundigen onder leiding van Časlav Brukner aan de Universiteit van Wenen en het Weense Instituut voor Quantum Optica en Quantum Informatie van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen toonde aan dat, als de dynamiek van causale structuren continu en omkeerbaar is, een bepaalde causale structuur kan nooit onbepaald worden. In ons voorbeeld, een buigen of strekken van de draad (continue en omkeerbare transformatie) die Alice en Bob verbindt, zou niet leiden tot veranderingen in de causale structuur omdat Alice Bob nog steeds kan bereiken. Als men de causale structuur wil veranderen, men zou ofwel de draad moeten loskoppelen en opnieuw aansluiten (niet continu) of de draad moeten vervangen (niet omkeerbaar). Ook bestudeerden de onderzoekers complexere situaties waarbij meer partijen betrokken zijn. Bijvoorbeeld, beslissingen van een derde persoon, Charly, kan onder bepaalde omstandigheden bepalen of de causale volgorde van toekomstige gebeurtenissen definitief of onbepaald is.

"Onze resultaten tonen aan dat onder fysiek redelijke aannames van continuïteit en omkeerbaarheid een wereld met een duidelijke causale orde nooit een wereld met een onbepaalde causale orde zal worden en vice versa, " zegt Esteban Castro, een van de auteurs van het artikel. Dit inzicht kan leiden tot een vollediger begrip van wat de rol van causaliteit is in de kwantumwereld.