Kausalität ist eines dieser schwierigen wissenschaftlichen Themen, die leicht in den Bereich der Philosophie . Die Beziehung der Wissenschaft zu dem Konzept begann einfach genug: Ein Ereignis verursacht ein anderes Ereignis zu einem späteren Zeitpunkt. Das war bis zur Einführung der Quantenmechanik das Standardverständnis der wissenschaftlichen Gemeinschaft. Dann, mit der Einführung der berühmten „spukhaften Fernwirkung“, die ein Nebeneffekt des Konzepts der Quantenverschränkung , begannen Wissenschaftler, diese einfache Interpretation der Kausalität in Frage zu stellen.
Forscher der Université Libre de Bruxelles ( ULB ) und der Universität von Oxford haben eine Theorie entwickelt, die diese Standardansicht der Kausalität als linearen Fortschritt von Ursache zu Wirkung weiter in Frage stellt. Ursache und Wirkung können in ihrer neuen theoretischen Struktur manchmal in Zyklen stattfinden, wobei die Wirkung tatsächlich die Ursache verursacht.
Quantenverschränkung. Credit: Physik-Department, HKUST
Die Quantenreich selbst, wie es derzeit verstanden wird, ist von Natur aus chaotisch. Es gibt kein wirkliches Verständnis der Dinge in dieser Größenordnung, die man sich besser als eine Reihe mathematischer Wahrscheinlichkeiten vorstellen kann als als Tatsachen. Diese Wahrscheinlichkeiten eignen sich auch nicht gerade gut für die Vorstellung einer eindeutigen Ursache-Wirkungs-Interaktion zwischen Ereignissen.
Die Forscher trübten das Wasser weiter mit einem Werkzeug namens a Einheitstransformation . Einfach ausgedrückt ist eine unitäre Transformation ein Trick, der verwendet wird, um einige der Mathematik zu lösen, die zum Verständnis komplexer Quantensysteme erforderlich sind. Die Verwendung macht das Lösen des berühmten Schrödinger-Gleichung mit realen Computern erreichbar.
UT-Video, in dem einige der interessanteren Implikationen der Quantentheorie diskutiert werden.
Um eine vollständigere Erklärung zu geben, ist es erforderlich, ein wenig in den „Raum“ einzutauchen, in dem die Quantenmechanik operiert. In der Quantenmechanik ist Zeit einfach eine andere Dimension, die ähnlich wie die üblichen drei Dimensionen des linearen Raums berücksichtigt werden muss angerechnet werden. Physiker verwenden normalerweise ein anderes mathematisches Werkzeug namens a Hamiltonian Schrödingers Gleichung zu lösen.
Ein Hamilton-Operator ist, obwohl er ein mathematisches Konzept ist, oft zeitabhängig. Es ist jedoch auch der Teil der Gleichung, der sich ändert, wenn eine unitäre Transformation eingeführt wird. Als Teil dieser Aktion ist es möglich, die Zeitabhängigkeit des Hamilton-Operators zu eliminieren, um ihn so zu gestalten, dass das Modell, anstatt Zeit zu benötigen, um eine bestimmte Richtung zu gehen (dh damit Aktion und Reaktion linear ablaufen), mehr zu ein Kreis als eine gerade Linie, mit Aktion, die Reaktion und Reaktion verursacht, Aktion.
Video zur Beschreibung von unitären Transformationen mit fortschrittlicher linearer Algebra.
Bildnachweis: Umesh V. Vazirani / Cal Berkeley
Wenn dies alles noch nicht verwirrend genug ist, gibt es einige äußerst schwierige Implikationen dieses Modells (und um es klarzustellen, auf Makroebene ist es nur ein Modell). Eine wichtige Facette ist, dass dieser Befund für die alltägliche Ursache und Wirkung wenig bis gar keine Relevanz hat. Die in diesem Rahmen zyklischen Ursachen und Wirkungen „sind in der Raumzeit nicht lokal“, so die Pressemitteilung von ULB, so dass sie keinen Einfluss auf das tägliche Leben haben.
Auch wenn es jetzt keine alltäglichen Auswirkungen hat, könnte dieser Rahmen auf eine kombinierte Theorie der Quantenmechanik und der Allgemeinen Relativitätstheorie, der seit Jahrzehnten der begehrteste Preis der Physik ist. Wenn diese Synthese jemals vollständig verwirklicht wird, wird dies mehr Implikationen für das tägliche Leben haben als nur die existenzielle Frage, ob wir tatsächlich die Kontrolle über unser eigenes Handeln haben oder nicht.
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Künstlerische Darstellung von Quantenkausalschleifen
Bildnachweis: ULB
