Retrocausalità in fisica quantistica: il futuro potrebbe influenzare il passato

Il Premio Nobel per la fisica del 2022 ha evidenziato le sfide che gli esperimenti quantistici pongono al “realismo locale”. Tuttavia, un numero crescente di esperti propone la “retrocausalità” come soluzione, suggerendo che le azioni presenti possono influenzare gli eventi passati, preservando così sia la località che il realismo.

Questo concetto offre un nuovo approccio alla comprensione della causalità e delle correlazioni nella meccanica quantistica e, nonostante alcune critiche e confusione con il “superdeterminismo”, è sempre più visto come una valida spiegazione per i recenti esperimenti più rivoluzionari, salvaguardando potenzialmente i principi fondamentali della relatività ristretta.

Nel 2022, il premio Nobel per la fisica è stato assegnato per il lavoro sperimentale che ha dimostrato che il mondo quantistico deve infrangere alcune delle nostre intuizioni fondamentali su come funziona l’universo.

Molti guardano a quegli esperimenti e concludono che sfidano la “località” – l’intuizione che oggetti distanti hanno bisogno di un mediatore fisico per interagire. E in effetti, una misteriosa connessione tra particelle distanti sarebbe un modo per spiegare questi risultati sperimentali.

Ma cosa succede se entrambe queste intuizioni possono essere salvate, a scapito di una terza? Un crescente gruppo di esperti pensa che dovremmo abbandonare l’assunto che le azioni presenti non possano influenzare gli eventi passati. Chiamata “retrocausalità“, questa opzione afferma di salvare sia la località che il realismo.

Causa

Che cos’è comunque la causalità? Cominciamo con la frase che tutti conoscono: correlazione non è causalità. Alcune correlazioni sono causali, ma non tutte. Qual è la differenza?

Considera due esempi. (1) C’è una correlazione tra l’ago di un barometro e il meteo – ecco perché possiamo prevedere il meteo guardando il barometro. Nessuno, però, pensa che l’ago del barometro stia causando il tempo. (2) Bere caffè forte è correlato a un aumento della frequenza cardiaca. Qui sembra giusto dire che l’azione di bere il caffè sia correlata all’aumento della frequenza cardiaca.

La differenza è che se “muoviamo” l’ago del barometro, non cambieremo il tempo. Il tempo e l’ago del barometro sono entrambi controllati da una terza cosa, la pressione atmosferica, ecco perché sono correlati. Quando spostiamo noi stessi l’ago, interrompiamo il collegamento con la pressione dell’aria e la correlazione scompare.

Ma se interveniamo per modificare il consumo di caffè di qualcuno, di solito cambiamo anche la sua frequenza cardiaca. Le correlazioni causali sono quelle che sono ancora valide quando muoviamo una delle variabili.

In questi giorni, la scienza della ricerca di queste robuste correlazioni è chiamata “scoperta causale“. È un nome importante per un’idea semplice: scoprire cos’altro cambia quando muoviamo le cose intorno a noi.

Nella vita ordinaria, di solito diamo per scontato che gli effetti di un movimento si manifesteranno successivamente al movimento stesso. Questo è un presupposto così naturale che non ci accorgiamo di considerarlo.

Ma nulla nel metodo scientifico richiede che ciò accada ed è facilmente abbandonato nella narrativa fantasy. Allo stesso modo, in alcune religioni preghiamo affinché i nostri cari siano tra i sopravvissuti al naufragio di ieri, per esempio. Immaginiamo che qualcosa che facciamo ora possa influenzare qualcosa in passato. Questa è retrocausalità.

Retrocausalità quantistica

La minaccia quantistica alla località (che gli oggetti distanti hanno bisogno di un mediatore fisico per interagire) deriva da un’argomentazione presentata dal fisico nordirlandese John Bell negli anni ’60. Bell ha considerato esperimenti in cui due ipotetici fisici, Alice e Bob, ricevono ciascuno particelle da una fonte comune. Ciascuno sceglie una delle diverse impostazioni di misurazione, quindi registra un risultato della misurazione. Ripetuto molte volte, l’esperimento genera un elenco di risultati.

Bell si rese conto che la meccanica quantistica prevede che ci saranno strane correlazioni (ora confermate) in questi dati. Sembravano implicare che la scelta dell’ambientazione di Alice abbia una sottile influenza “non locale” sull’esito di Bob, e viceversa – anche se Alice e Bob potrebbero essere distanti anni luce. Si dice che l’argomentazione di Bell rappresenti una minaccia per la teoria della relatività ristretta di Albert Einstein, che è una parte essenziale della fisica moderna.

Ma questo perché Bell ha ipotizzato che le particelle quantistiche non sappiano quali misure incontreranno in futuro. I modelli retrocausali propongono che le scelte di misurazione di Alice e Bob influenzino le particelle alla fonte. Questo può spiegare le strane correlazioni, senza rompere la relatività ristretta.

In un recente lavoro, abbiamo proposto un semplice meccanismo per la strana correlazione: coinvolge un fenomeno statistico familiare chiamato bias di Berkson.

Ora c’è un fiorente gruppo di studiosi che lavora sulla retrocausalità quantistica. Ma è ancora invisibile a livello globale ad alcuni esperti. Viene confuso con una visione diversa chiamata “superdeterminismo“.

Superdeterminismo

Il superdeterminismo concorda con la retrocausalità sul fatto che le scelte di misurazione e le proprietà sottostanti delle particelle sono in qualche modo correlate.

Ma il superdeterminismo tratta ciò come la correlazione tra il tempo e l’ago del barometro. Presuppone che ci sia una terza cosa misteriosa – un “superdeterminatore” – che controlla e correla sia le nostre scelte che le particelle, nel modo in cui la pressione atmosferica controlla sia il tempo che il barometro.

Quindi il superdeterminismo nega che le scelte di misurazione siano cose che siamo liberi di muovere a nostro piacimento, sono predeterminate. Le oscillazioni libere spezzerebbero la correlazione, proprio come nel caso del barometro. I critici obiettano che il superdeterminismo mina così i presupposti fondamentali necessari per intraprendere esperimenti scientifici. Dicono anche che significa negare il libero arbitrio, perché qualcosa sta controllando sia le scelte di misurazione che le particelle.

Queste obiezioni non si applicano alla retrocausalità. I retrocausalisti fanno scoperte causali scientifiche nel solito modo libero e sinuoso. Diciamo che sono le persone che respingono la retrocausalità che dimenticano il metodo scientifico, se rifiutano di seguire l’evidenza dove essa conduce.

Prova

Qual è la prova della retrocausalità? I critici chiedono prove sperimentali, ma questa è la parte facile: gli esperimenti pertinenti hanno appena vinto un premio Nobel. La parte difficile è mostrare che la retrocausalità fornisce la migliore spiegazione di questi risultati.

Abbiamo menzionato il potenziale per rimuovere la minaccia alla relatività ristretta di Einstein. Questo è un suggerimento piuttosto importante, a nostro avviso, ed è sorprendente che ci sia voluto così tanto tempo per esplorarlo.

Inoltre, noi e altri abbiamo sostenuto che la retrocausalità rende meglio il senso del fatto che il micromondo delle particelle non si preoccupa della differenza tra passato e futuro.

Non intendiamo dire che è tutto a posto. La più grande preoccupazione per la retrocausalità è la possibilità di inviare segnali al passato, aprendo la porta ai paradossi del viaggio nel tempo. Ma per fare un paradosso, l’effetto nel passato deve essere misurato. Se la nostra giovane nonna non può leggere i nostri consigli per evitare di sposare il nonno, il che significa che non verremmo a esistere, non c’è paradosso. E nel caso quantistico, è risaputo che non possiamo mai misurare tutto in una volta.

Tuttavia, c’è del lavoro da fare nell’ideare modelli retrocausali concreti che impongano questa restrizione che non puoi misurare tutto in una volta. Quindi chiuderemo con una cauta conclusione. In questa fase, è la retrocausalità che ha il vento in poppa, quindi lanciati verso il premio più grande di tutti: salvare la località e il realismo dalla “morte per esperimento“.

Scritto da:

• Huw Price, borsista emerito, Trinity College, Università di Cambridge
• Ken Wharton, Professore di Fisica e Astronomia, San José State University

Questo articolo è stato pubblicato per la prima volta su The Conversation.