Forskare vid universitetet i Wien och den österrikiska vetenskapsakademien utvecklar en ny teoretisk ram för att beskriva hur kausalstrukturer i kvantmekanik förändras. De analyserar under vilka förhållanden kvantmekanik gör att världens kausalstruktur kan bli "oklar". I detta fall, en fast ordning av händelser är inte möjlig. Resultaten publiceras i den berömda tidskriften Fysisk granskning X .

Tanken att händelser inträffar en efter en i en fast kausal ordning är en del av vår intuitiva bild av den fysiska världen. Tänk dig att Alice kan skicka ett meddelande till Bob via en tråd som ansluter dem. Alice bestämmer sig för att grilla och kan bjuda in Bob via trådanslutningen. Om han blir inbjuden, Bob bestämmer sig för att förbereda några Ćevapčići att ta med. Detta är ett exempel där händelsen där Alice bestämmer sig för att bjuda in Bob till grillen påverkar händelsen där Bob bestämmer sig för att laga mat. En sådan händelseordning kännetecknar en bestämd kausal struktur. Dock, forskning om grundläggande kvantmekanik tyder på att, på kvantnivå, kausala strukturer kan vara "obestämda". I en obestämd kausal struktur finns det kanske inte en fast ordning i vilken händelser sker, dvs. om Alice påverkar Bob eller Bob påverkar Alice kanske inte definieras.

Om kausaliteten verkligen är obestämd, varifrån kommer obestämda kausala strukturer? Kan de erhållas dynamiskt så att bestämda kausala strukturer blir obestämda? Och, om så är fallet, under vilka förutsättningar kan detta hända? Svar på dessa frågor skulle vara anmärkningsvärt, eftersom de skulle belysa kausalitetens natur i kvantvärlden.

I en ny tidning, publicerad i tidningen Fysisk granskning X , en grupp fysiker under ledning av Časlav Brukner vid universitetet i Wien och Wieninstitutet för kvantoptik och kvantinformation från den österrikiska vetenskapsakademien visade att, om dynamiken i kausala strukturer är kontinuerlig och reversibel, en bestämd kausal struktur kan aldrig bli obestämd. I vårt exempel, en böjning eller sträckning av tråden (kontinuerlig och reversibel transformation) som förbinder Alice och Bob skulle inte leda till några förändringar i kausalstrukturen eftersom Alice fortfarande kan nå Bob. Om man vill ändra kausalstrukturen, man måste antingen koppla bort och återansluta tråden (inte kontinuerlig) eller byta ut tråden (inte reversibel). Forskarna studerade också mer komplexa situationer där fler parter är involverade. Till exempel, beslut av en tredje person, Charly, kan under vissa omständigheter avgöra om kausalsordningen för framtida händelser är bestämd eller obestämd.

"Våra resultat visar att under fysiskt rimliga antaganden om kontinuitet och reversibilitet kommer en värld med bestämd kausalordning aldrig att bli en värld med en obestämd kausalordning och vice versa, "säger Esteban Castro, en av författarna till tidningen. Denna insikt kan leda till en mer fullständig förståelse av vad kausalitetens roll är i kvantvärlden.