(Phys.org) —Aunque hay muchas ideas contradictorias en la teoría cuántica, la idea de que las influencias pueden viajar hacia atrás en el tiempo (del futuro al pasado) generalmente no es una de ellas. Sin embargo, Recientemente, algunos físicos han estado investigando esta idea, llamado "retrocausalidad, "porque potencialmente puede resolver algunos acertijos de larga data en física cuántica. En particular, si se permite la retrocausalidad, entonces las famosas pruebas de Bell pueden interpretarse como evidencia de retrocausalidad y no de acción a distancia, un resultado que Einstein y otros escépticos de esa propiedad "espeluznante" pueden haber apreciado.

En un nuevo artículo publicado en Actas de la Royal Society A , Los físicos Matthew S. Leifer de la Universidad Chapman y Matthew F. Pusey del Perimeter Institute for Theoretical Physics han prestado un nuevo apoyo teórico al argumento de que, si se hacen ciertas suposiciones que suenan razonables, entonces la teoría cuántica debe ser retrocausal.

El atractivo de la retrocausalidad

Primero, para aclarar qué es y qué no es la retrocausalidad:no significa que las señales se puedan comunicar del futuro al pasado; tal señalización estaría prohibida incluso en una teoría retrocausal debido a razones termodinámicas. En lugar de, retrocausalidad significa que, cuando un experimentador elige la configuración de medición con la que medir una partícula, esa decisión puede influir en las propiedades de esa partícula (u otra partícula) en el pasado, incluso antes de que el experimentador hiciera su elección. En otras palabras, una decisión tomada en el presente puede influir en algo del pasado.

En las pruebas de Bell originales, Los físicos asumieron que las influencias retrocausales no podían ocurrir. Como consecuencia, para explicar sus observaciones de que las partículas distantes parecen saber inmediatamente qué medición se está haciendo en el otro, la única explicación viable era la acción a distancia. Es decir, las partículas se influyen de alguna manera entre sí incluso cuando están separadas por grandes distancias, de formas que no pueden explicarse mediante ningún mecanismo conocido. Pero al permitir la posibilidad de que el ajuste de medición de una partícula pueda influir retrocausalmente en el comportamiento de la otra partícula, no hay necesidad de acción a distancia, sólo influencia retrocausal.

Generalización de la retrocausalidad:con o sin estado cuántico real

Uno de los principales defensores de la retrocausalidad en la teoría cuántica es Huw Price, profesor de filosofía en la Universidad de Cambridge. En 2012, Price presentó un argumento que sugiere que cualquier teoría cuántica que asuma que 1) el estado cuántico es real, y 2) el mundo cuántico es simétrico en el tiempo (que los procesos físicos pueden avanzar y retroceder mientras están descritos por las mismas leyes físicas) debe permitir influencias retrocausales. Comprensiblemente, sin embargo, la idea de retrocausalidad no se ha extendido entre los físicos en general.

"Hay un pequeño grupo de físicos y filósofos que creen que vale la pena seguir esta idea, incluidos Huw Price y Ken Wharton [profesor de física en la Universidad Estatal de San José], "Leifer dijo Phys.org . "No hay, que yo sepa, una interpretación generalmente aceptada de la teoría cuántica que recupera toda la teoría y explota esta idea. Es más una idea para una interpretación en este momento, así que creo que otros físicos son, con razón, escépticos, y nosotros tenemos la responsabilidad de desarrollar la idea ".

En el nuevo estudio, Leifer y Pusey intentan hacer esto generalizando el argumento de Price, lo que quizás lo haga más atractivo a la luz de otras investigaciones recientes. Empiezan por eliminar la primera suposición de Price, de modo que el argumento es válido si el estado cuántico es real o no, un tema que todavía es objeto de debate. Un estado cuántico que no es real describiría el conocimiento de los físicos de un sistema cuántico en lugar de ser una verdadera propiedad física del sistema. Aunque la mayoría de las investigaciones sugieren que el estado cuántico es real, es difícil de confirmar de una forma u otra, y permitir la retrocausalidad puede dar una idea de esta cuestión. Permitir esta apertura con respecto a la realidad del estado cuántico es una de las principales motivaciones para investigar la retrocausalidad en general, Leifer explicó.

"La razón por la que creo que vale la pena investigar la retrocausalidad es que ahora tenemos una gran cantidad de resultados negativos sobre interpretaciones realistas de la teoría cuántica, incluido el teorema de Bell, Kochen-Specker, y pruebas recientes de la realidad del estado cuántico, "Dijo." Estos dicen que cualquier interpretación que se ajuste al marco estándar para las interpretaciones realistas debe tener características que yo consideraría indeseables. Por lo tanto, las únicas opciones parecen ser abandonar el realismo o romper con el marco realista estándar.

"Abandonar el realismo es bastante popular, pero creo que esto le quita a la ciencia gran parte de su poder explicativo y, por lo tanto, es mejor encontrar explicaciones realistas siempre que sea posible. La otra opción es investigar posibilidades realistas más exóticas, que incluyen retrocausalidad, relacionalismo, y muchos mundos. Aparte de muchos mundos, estos no se han investigado mucho, por lo que creo que vale la pena seguirlos todos con más detalle. No estoy personalmente comprometido con la solución retrocausal por encima de las demás, pero parece posible formularlo rigurosamente e investigarlo, y creo que debería hacerse para varias de las posibilidades más exóticas ".

No puede tener simetría temporal y no retrocausalidad

En su papel Leifer y Pusey también reformulan la idea habitual de simetría temporal en física, que se basa en revertir un proceso físico reemplazando t con - t en las ecuaciones de movimiento. Los físicos desarrollan aquí un concepto más sólido de simetría de tiempo en el que invertir un proceso no solo es posible, sino que la probabilidad de que ocurra es la misma ya sea que el proceso avance o retroceda.

El principal resultado de los físicos es que una teoría cuántica que asume tanto este tipo de simetría de tiempo como que la retrocausalidad no está permitida entra en contradicción. Describen un experimento que ilustra esta contradicción, en el que el supuesto de simetría temporal requiere que los procesos hacia adelante y hacia atrás tengan las mismas probabilidades, pero el supuesto de no retrocausalidad requiere que sean diferentes.

Entonces, en última instancia, todo se reduce a la elección de mantener la simetría del tiempo o la no retrocausalidad, como muestra el argumento de Leifer y Pusey que no se pueden tener ambos. Dado que la simetría temporal parece ser una simetría física fundamental, argumentan que tiene más sentido permitir la retrocausalidad. Hacerlo eliminaría la necesidad de acción a distancia en las pruebas de Bell, y aún sería posible explicar por qué está prohibido utilizar la retrocausalidad para enviar información.

"El caso para abrazar la retrocausalidad me parece más fuerte por las siguientes razones:"Dijo Leifer." Primero, Tener retrocausalidad nos permite potencialmente resolver los problemas planteados por otros teoremas de no ir, es decir., nos permite tener correlaciones de Bell sin acción a distancia. Entonces, aunque todavía tenemos que explicar por qué no hay señales hacia el pasado, parece que podemos colapsar varios acertijos en uno solo. Ese no sería el caso si abandonáramos la simetría del tiempo.

"Segundo, sabemos que la existencia de una flecha del tiempo ya tiene que ser explicada por argumentos termodinámicos, es decir., es una característica de las condiciones de contorno especiales del universo y no en sí misma una ley de la física. Dado que la capacidad de enviar señales solo al futuro y no al pasado es parte de la definición de la flecha del tiempo, Me parece probable que la incapacidad de enviar señales al pasado en un universo retrocausal también podría deberse a condiciones de frontera especiales, y no necesita ser una ley de la física. La simetría del tiempo parece menos probable que surja de esta manera (de hecho, usualmente usamos la termodinámica para explicar cómo la aparente asimetría temporal que observamos en la naturaleza surge de leyes simétricas en el tiempo, en lugar de al revés) ".

Como explican los físicos con más detalle, toda la idea de retrocausalidad es tan difícil de aceptar porque nunca la vemos en ningún otro lugar. Lo mismo ocurre con la acción a distancia. Pero eso no significa que podamos suponer que la no retrocausalidad y la no acción a distancia sean verdaderas de la realidad en general. En cualquier caso, Los físicos quieren explicar por qué una de estas propiedades surge solo en ciertas situaciones que están muy alejadas de nuestras observaciones cotidianas.

"Una forma de ver todos los teoremas de no ir es en términos de ajustes finos, "Leifer explicó." Usted nota una propiedad de las predicciones de la teoría y asume que esta propiedad también es cierta para la realidad. Luego demuestras que esto es incompatible con la reproducción de las predicciones de la teoría cuántica y tienes un teorema de no ir.

"Por ejemplo, en el teorema de Bell, notamos que no podemos enviar señales superlumínicas, por lo que asumimos que no hay influencias superlumínicas en la realidad, pero esto nos pone en conflicto con las predicciones observadas experimentalmente. Tenga en cuenta que no son realmente las influencias superlumínicas per se las que constituyen el mayor problema. Si pudiéramos enviar señales más rápido que la luz, simplemente diríamos:'Oh bien, Einstein estaba equivocado. La teoría de la relatividad es simplemente incorrecta '. Y luego seguir con la física. Pero eso no es lo que sucedió:ninguna señal todavía se mantiene en el nivel de lo que observamos, es solo que existe una tensión entre esto y lo que debe estar sucediendo en la realidad para reproducir lo que observamos. Si hay influencias superlumínicas, entonces, ¿por qué no podemos observarlos directamente? Este es el rompecabezas que clama por una explicación ".

Implicaciones y cuestionamiento de supuestos

Si la retrocausalidad es una característica del mundo cuántico, entonces tendría vastas implicaciones para la comprensión de los físicos de los fundamentos de la teoría cuántica. Quizás el mayor significado es la implicación para las pruebas de Bell, mostrando que las partículas distantes realmente no pueden influirse entre sí, sino, como creían Einstein y otros, que la teoría cuántica es incompleta. Si los nuevos resultados son ciertos, entonces la retrocausalidad puede ser una de las piezas faltantes que completa la teoría cuántica.

"Creo que las diferentes interpretaciones [de la teoría cuántica] tienen diferentes implicaciones sobre cómo podríamos hacer para generalizar la teoría cuántica estándar, ", Dijo Leifer." Esto podría ser necesario para construir la teoría correcta de la gravedad cuántica, o incluso para resolver algunos problemas en física de altas energías dado que la unificación de las otras tres fuerzas aún está en el aire a la luz de los resultados del LHC. Entonces creo que las teorías futuras construidas sobre las ideas de las interpretaciones existentes es donde podríamos ver una diferencia, pero hay que reconocer que estamos bastante lejos de averiguar cómo podría funcionar esto en la actualidad.

"Especulativamente, si hay retrocausalidad en el universo, entonces podría darse el caso de que haya ciertas épocas, tal vez cerca del big bang, en el que no hay una flecha definida de causalidad. Podrías imaginar que una firma de tal era podría aparecer en datos cosmológicos, como el fondo cósmico de microondas. Sin embargo, esto es muy especulativo, y no tengo idea de qué firmas podríamos esperar todavía ".

Los físicos no tienen ningún experimento preparado para probar la retrocausalidad, pero como la idea es más una interpretación de las observaciones que hacer nuevas observaciones, lo que más se necesita puede no ser una prueba, sino más apoyo teórico.

"En lo que respecta a las pruebas experimentales directas de retrocausalidad, el estado no es muy diferente de otras cosas en los fundamentos de la mecánica cuántica, ", Dijo Leifer." Nunca probamos una suposición de forma aislada, pero siempre en conjunto con muchos otros, y luego tenemos que decidir cuál rechazar por otros motivos. Por ejemplo, podría pensar que los experimentos de Bell muestran que la naturaleza no es local, pero solo si primero ha decidido aceptar otras suposiciones, como el realismo y la no retrocausalidad. Entonces, se podría decir que los experimentos de Bell ya proporcionan evidencia de retrocausalidad si no se siente inclinado a rechazar el realismo o la localidad. Similar, el tipo de experimentos que describimos en nuestro artículo proporcionan alguna evidencia de retrocausalidad, pero solo si se niega a rechazar las otras suposiciones.

"De hecho, la situación es realmente la misma en todos experimentos científicos. Hay una gran cantidad de suposiciones sobre el funcionamiento del aparato experimental que debe aceptar para concluir que el experimento muestra el efecto que está buscando. Es sólo eso, en el caso de las fundaciones cuánticas, el tema es muy controvertido, por lo que es más probable que cuestionemos los supuestos básicos que en el caso de, decir, un ensayo de medicamentos médicos. Sin embargo, tales suposiciones siempre están ahí y siempre es posible cuestionarlas ".

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