Normaal gesproken, Er wordt aangenomen dat causale invloed maar één kant op gaat - van oorzaak naar gevolg - en nooit terug van het gevolg naar de oorzaak - het rinkelen van een bel veroorzaakt niet het indrukken van de knop die het heeft geactiveerd. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit van Oxford en de Université libre de Bruxelles hebben een theorie van causaliteit ontwikkeld in de kwantumtheorie, volgens welke oorzaak-gevolgrelaties soms cycli kunnen vormen. Deze theorie biedt een nieuw begrip van exotische processen waarin gebeurtenissen geen duidelijke causale volgorde hebben. De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

Een van de manieren waarop de kwantumtheorie de klassieke intuïtie tart, is door onze ideeën over causaliteit ter discussie te stellen. Kwantumverstrengeling kan worden gebruikt om correlaties te produceren tussen experimenten op afstand waarvan bekend is dat ze bevredigende causale verklaringen ontwijken in het kader van klassieke causale modellen. Verder, een unificatie van kwantumtheorie en zwaartekracht zal naar verwachting situaties mogelijk maken waarin de causale structuur van ruimtetijd onderhevig is aan kwantumonbepaaldheid, wat suggereert dat gebeurtenissen helemaal niet causaal geordend hoeven te worden.

Onlangs, een team van onderzoekers uit Oxford en Brussel heeft een causaliteitstheorie ontwikkeld in de kwantumtheorie, waarin causale concepten worden gedefinieerd in intrinsiek kwantumtermen in plaats van dat ze betrekking hebben op een opkomend klassiek niveau van meetresultaten. Dit heeft een causaal begrip opgeleverd van de correlaties die door verstrengelde toestanden worden geproduceerd. Nutsvoorzieningen, ze hebben de theorie gegeneraliseerd om causale invloed in cycli te laten verlopen, het verschaffen van een causaal begrip van processen met gebeurtenissen in onbepaalde causale volgorde.

"Het belangrijkste idee achter ons voorstel is dat causale relaties in de kwantumtheorie overeenkomen met invloed door middel van zogenaamde unitaire transformaties - dit zijn de soorten transformaties die de evoluties van geïsoleerde kwantumsystemen beschrijven. Dit is nauw analoog aan een benadering van klassieke causale modellen dat onderliggend determinisme veronderstelt en causale relaties situeert in functionele afhankelijkheden tussen variabelen, ", zegt Jonathan Barrett van de Universiteit van Oxford. Het belangrijkste idee van de nieuwe studie is om hetzelfde principe toe te passen op processen waarin de volgorde van bewerkingen dynamisch of zelfs onbepaald kan zijn, aangezien een grote klasse van deze processen kan worden begrepen als voortkomend uit unitaire transformaties, te, alleen niet degenen die zich in een gewone volgorde ontvouwen.

"Eerder, processen met onbepaalde causale volgorde werden doorgaans beschouwd als simpelweg onverenigbaar met een causaal account. Ons werk laat zien dat een grote klasse van hen - die waarvan kan worden begrepen dat ze voortkomen uit unitaire processen en waarvan wordt aangenomen dat ze degenen zijn die een fysieke realisatie in de natuur zouden kunnen hebben - zou kunnen, in feite, gezien worden als een duidelijke causale structuur, zij het een met cycli, " zegt Robin Lorenz, een corresponderende auteur van de studie. "Het idee van cyclische causale structuren lijkt misschien contra-intuïtief, maar het kader van het kwantumproces waarin het is geformuleerd garandeert dat het vrij is van logische paradoxen, zoals de mogelijkheid om terug te gaan in de tijd en je jongere zelf te doden, " legt Ognyan Oreshkov van de Université libre de Bruxelles uit.

"Exotisch als ze lijken, Van sommige van deze scenario's is zelfs bekend dat ze experimentele realisaties hebben waarin de relevante variabelen in de tijd worden gedelokaliseerd."

Betekent dit dat ruimtetijd niet de acyclische causale structuur heeft die normaal wordt aangenomen? Niet precies, aangezien in de genoemde experimenten de gebeurtenissen die op een cyclische manier causaal verband houden niet lokaal in de ruimtetijd zijn. Echter, de onderzoekers geloven dat de causale structuur van de ruimtetijd zelf op deze kwantummanier cyclisch zou kunnen worden op het snijpunt van de kwantumtheorie en de algemene relativiteitstheorie, waar analoge processen worden verwacht als die in het lab realiseerbaar zijn, maar waarbij de gebeurtenissen lokaal zijn in hun respectieve ruimtetijdreferentieframes.