Naukowcy z University of Queensland w Australii wykazali, że z punktu widzenia mechaniki kwantowej dwa różne zdarzenia mogą poprzedzać się jednocześnie. Przełamanie związku przyczynowego wykazano za pomocą polaryzacji fotonów w interferometrze. To jest zgłaszane przez Science.
W trakcie badań fizycy przepuszczali fotony przez interferometr - urządzenie, za pomocą którego wiązka promieniowania elektromagnetycznego jest dzielona na kilka wiązek poruszających się różnymi drogami optycznymi (A i B). Ostatecznie dwie belki ponownie się łączą i nakładają, co powoduje przenikanie. Układ został zmontowany w taki sposób, że przy polaryzacji pionowej foton wybierze lewą ścieżkę, po czym wróci i trafi w prawą stronę interferometru. W przypadku polaryzacji poziomej cząstka najpierw porusza się po prawej ścieżce, a następnie po lewej.
Jednak przy polaryzacji diagonalnej fala kwantowa opisująca położenie fotonu „rozszczepia się”, poruszając się jednocześnie po obu ścieżkach. Komponenty spolaryzowane pionowo i poziomo najpierw idą własną ścieżką, wracają i przechodzą do sąsiedniej ścieżki. W ten sposób oba składowe przechodzą jednocześnie wzdłuż każdej ścieżki, to znaczy foton wydaje się poruszać się po obu ścieżkach jednocześnie. Na końcu każdej ścieżki foton ponownie się rozdziela, przy czym jeden komponent powraca, a drugi opuszcza układ.
Układ eksperymentu / obraz: Arxiv.org
W tym przypadku bardzo trudno jest określić, które zdarzenie poprzedza inne: albo powrót spolaryzowanych składowych na początek ścieżek tworzy wrażenie przejścia fotonu wzdłuż A i B jednocześnie (foton najpierw przechodzi jedną ścieżką, a potem drugą), albo rozszczepienie "rozwidlonego" fotonu na na końcu każdej ze ścieżek powoduje jednorazowy powrót składowych na początek każdej ścieżki (a wtedy foton faktycznie przemieszcza się po obu ścieżkach jednocześnie).
Aby rozwiązać ten problem, naukowcy przeprowadzili szereg eksperymentów, za każdym razem wkładając do instalacji dodatkowe soczewki, które zmieniają przestrzenny rozkład wiązki światła. Pozwala to na zmianę polaryzacji fotonu w momencie, gdy fale kwantowe ponownie nakładają się na siebie. Jeśli każdy foton w wiązce najpierw przeszedł jedną ścieżkę, a potem drugą, to końcowa polaryzacja fotonu musi odpowiadać określonej wartości. Jednak naukowcy odkryli, że niemożliwe jest eksperymentalne określenie, które zdarzenie faktycznie powoduje drugie. Innymi słowy, oba procesy są wzajemnie przyczyną i skutkiem.