量子力学：未来如何影响过去

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2022 年，诺贝尔物理学奖因实验工作而获得，这些工作表明量子世界必须打破我们对宇宙如何运作的一些基本直觉。
许多人看了这些实验，并得出结论，它们挑战了“局部性”——一种直觉，即远处的物体需要物理介质来相互作用。事实上，遥远粒子之间的神秘联系将是解释这些实验结果的一种方式。
其他人则认为这些实验挑战了“现实主义”——一种直觉，即我们的经验背后有一种客观的事态。毕竟，如果我们的测量被认为与真实的东西相对应，这些实验才很难解释。无论哪种方式，许多物理学家都同意所谓的局部现实主义的“实验死亡”。
但是，如果这两种直觉都可以保存，而牺牲第三种直觉呢？越来越多的专家认为，我们应该放弃目前的行为不会影响过去事件的假设。这种被称为“逆因果关系”的选项声称可以拯救地方性和现实主义。

原因

到底什么是因果关系？让我们从每个人都知道的那句话开始：相关性不是因果关系。有些相关性是因果关系，但不是全部。有什么区别？
考虑两个例子。（1）气压计指针和天气之间存在相关性——这就是为什么我们通过查看气压计来了解天气。但没有人认为气压计指针导致了天气。（2）喝浓咖啡与心率升高有关。在这里，说第一个导致第二个似乎是正确的。
不同的是，如果我们“摆动”气压计指针，我们不会改变天气。天气和气压计指针都由第三件事控制，即大气压力——这就是为什么它们是相关的。当我们自己控制针头时，我们打破了与气压的联系，相关性就消失了。
但是，如果我们干预改变某人的咖啡消费量，我们通常也会改变他们的心率。因果相关性是当我们摆动其中一个变量时仍然成立的相关性。
如今，寻找这些稳健相关性的科学被称为“因果发现”。对于一个简单的想法来说，这是一个大名字：找出当我们摆动周围的事物时还有什么变化。
在日常生活中，我们通常理所当然地认为摆动的效果会比摆动本身出现得更晚。这是一个如此自然的假设，以至于我们没有注意到我们正在这样做。
但科学方法中没有任何东西要求这种情况发生，在幻想小说中很容易被抛弃。同样，在一些宗教中，我们祈祷我们的亲人是昨天海难的幸存者之一。我们想象我们现在做的事情会影响过去的事情。这就是逆因果关系。

量子逆因果关系

对局部性的量子威胁（远处物体需要物理介质才能相互作用）源于北爱尔兰物理学家约翰·贝尔（John Bell）在1960年代的一个论点。贝尔考虑了两个假设的物理学家爱丽丝和鲍勃各自从共同来源接收粒子的实验。每个人都选择几种测量设置之一，然后记录测量结果。重复多次，实验生成结果列表。
贝尔意识到量子力学预测这些数据中将存在奇怪的相关性（现已证实）。他们似乎暗示爱丽丝对背景的选择对鲍勃的结果有微妙的“非局部”影响，反之亦然——即使爱丽丝和鲍勃可能相差几光年。据说贝尔的论点对阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论构成了威胁，狭义相对论是现代物理学的重要组成部分。
但那是因为贝尔假设量子粒子不知道它们将来会遇到什么测量。逆因果模型提出，爱丽丝和鲍勃的测量选择会影响粒子回到源头。这可以解释奇怪的相关性，而不会破坏狭义相对论。
在最近的工作中，我们提出了一种用于奇怪相关性的简单机制——它涉及一种熟悉的统计现象，称为伯克森偏差（请参阅我们在这里的流行摘要）。
现在有一群蓬勃发展的学者致力于量子逆因果关系。但对于更广泛领域的一些专家来说，它仍然是看不见的。它被一种称为“超决定论”的不同观点所混淆。

超决定论

超决定论同意逆因果关系，即测量选择和粒子的潜在性质在某种程度上是相关的。
但超决定论将其视为天气和气压计指针之间的相关性。它假设存在某种神秘的第三件事——“超级决定因素”——它控制和关联我们的选择和粒子，就像大气压力控制天气和气压计一样。
因此，超决定论否认测量选择是我们随意摆动的东西，它们是预先确定的。自由摆动会破坏相关性，就像气压计的情况一样。批评者反对说，超决定论因此削弱了进行科学实验所必需的核心假设。他们还说，这意味着否认自由意志，因为有什么东西在控制测量选择和粒子。
这些反对意见不适用于逆因果关系。逆因果主义者以通常自由、摆动的方式进行科学因果发现。我们说，那些不屑一顾逆因果关系的人忘记了科学方法，如果他们拒绝遵循它导致的证据。

证据

逆因果关系的证据是什么？批评者要求提供实验证据，但这是容易的一点：相关实验刚刚获得诺贝尔奖。棘手的部分是表明逆因果关系给出了这些结果的最佳解释。
我们已经提到了消除对爱因斯坦狭义相对论的威胁的潜力。在我们看来，这是一个相当大的暗示，令人惊讶的是花了这么长时间来探索它。与超决定论的混淆似乎主要归咎于此。
此外，我们和其他人认为，逆因果关系可以更好地理解这样一个事实，即粒子的微观世界并不关心过去和未来之间的差异。
我们并不是说一切都一帆风顺。对逆因果关系的最大担忧是向过去发送信号的可能性，为时间旅行的悖论打开了大门。但要提出一个悖论，必须衡量过去的影响。如果我们年轻的祖母不能阅读我们的建议，避免嫁给爷爷，这意味着我们不会存在，那就没有悖论了。在量子案例中，众所周知，我们永远无法一次测量所有东西。
尽管如此，在设计具体的逆因果模型方面仍有工作要做，这些模型强制执行这种限制，即您无法一次测量所有内容。因此，我们将以谨慎的结论结束。在这个阶段，逆因果关系有风帆，所以要朝着最大的奖品前进：从“实验死亡”中拯救地方性和现实主义。