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量子世界会颠倒因果顺序吗?

 火星科普 2020-04-01

从我们对物质世界的直观认识看来,事件按照固定的因果顺序一个接一个发生。假设甲可以通过他们之间的连线向乙发送一条消息。甲决定要烧烤,并且可以通过连线邀请乙。如果乙被邀请,他决定准备带一些香肠。在这个例子中,甲决定邀请乙参加烧烤会影响到乙决定准备食物的事件。这种事件的顺序是一个明确的因果结构。

然而,量子力学的基础研究表明,在量子层面,因果结构可能是“不确定的”。 在一个不确定的因果结构中,可能不会有一个固定的事件发生顺序,即甲是否影响乙或乙是否影响甲可能无法明确界定。

如果因果关系的确是不确定的,那么不确定的因果结构是从哪里来的?能否动态获得它们从而使确定的因果结构变得不确定?如果可以获得,在什么情况下会发生?这些问题的答案是不同寻常的,因为它们将揭示量子世界中因果关系的本质。

维也纳大学、奥地利科学院的维也纳量子光学和量子信息研究所的Časlav Brukner博士领导的物理学家团队最近开展的一项研究显示,如果因果结构的动力学是连续且可逆的,那么一个确定的因果结构永远不会变得不确定。

在前面的例子中,连接甲和乙的线弯曲或拉伸(连续和可逆)不会导致因果结构的任何改变,因为甲仍然可以联系乙。如果想要改变因果结构,就必须断开并重新连线(不连续)或换线(不可逆)。

此外,物理学家还研究了更复杂的情况,其中涉及更多成员。例如,第三个人丙的决定,可以在特定的情况下,决定未来事件的因果顺序是确定的还是不确定的。

研究结果证明,在对连续性和可逆性的物理合理假设下,一个具有明确因果秩序的世界永远不会成为一个不确定因果秩序的世界,反之亦然。这一观点可能会让我们更全面地了解因果关系在量子世界中的作用。

目前,该研究已发表在《物理评论X》(Physical Review X)杂志上。

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