自量子理论诞生之初，物理学家就一直在努力将量子力学所要求的明显非局域的、超光速的相互作用与严格的相对论定律相协调。澳大利亚悉尼大学的Rod Sutherland博士认为，这个问题的答案在于“逆因果关系”——这是一个允许量子测量影响过去事件的概念。通过详细的新数学描述，萨瑟兰的目标是将逆因果关系带入主流，有可能为解决物理学中一些最长期存在的谜团铺平道路。
在原子和亚原子粒子的尺度上，物质的行为方式与我们每天接触的宏观材料截然不同。这个陌生世界的定律是由量子力学提出的，然而，尽管经过了几十年的研究和大量开创性的理论和实验，对这些研究结果的解释方式仍然存在激烈的争论。
“就预测测量结果而言，量子力学是一个非常成功的物理学理论，”澳大利亚悉尼大学的 Rod Sutherland 博士解释说。“然而，它并没有为我们提供任何可能导致这些结果的潜在物理现实的清晰画面。”
关于这个谜题，也许最著名的例子就是光是波还是粒子的问题。虽然光的波状性质(包括衍射和干涉)已经被研究了几个世纪，但量子力学清楚地表明，光以被称为光子的离散能量包传播，很像粒子。相反，包括电子在内的粒子已经清楚地显示出波状性质。
面对这样一个奇怪的观察，一个基本问题出现了：光和电子真的可以同时既是粒子又是波，还是我们目前对物理学的有限理解掩盖了更深层次的潜在现实？归根结底，这只是围绕量子力学真实本质的众多问题之一。
目前，这个讨论中最广泛研究的方面之一是量子纠缠的奇怪现象。如果两个或多个粒子纠缠在一起，观察者测量其中一个粒子的量子态，量子力学似乎要求这种测量会立即影响其纠缠伙伴的状态，无论它们相距多远。
我们目前对物理学的有限理解是否掩盖了更深层次的潜在现实？
许多物理学家都反对这个想法——包括爱因斯坦，他认为，根据他自己的相对论，这种“非局域”相互作用，需要过去事件的影响传播速度超过光速，应该是不可能的。
20世纪60年代，约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)在一个著名的思维实验中提出了这些担忧。贝尔检查了纠缠粒子对的量子预测是否可以用一些潜在的“局部隐藏变量”来解释:量子粒子的一些尚未探测到的属性，这些特性会在粒子之间产生通信的错觉，而实际上使它们保持独立。
Sutherland说：“他的调查得出了贝尔定理，该定理显然表明任何此类隐藏图片确实需要是非局部的。”“这需要在空间上已经广泛分离的实体之间保持联系。”
从 20 世纪 70 年代开始，物理学家开始设计开创性的新方法，将贝尔的思想实验变为现实。从那时起，越来越先进的实验变体一次又一次地表明，量子力学预测的和贝尔定理中假设的结果确实在自然界中发生——显然与相对论直接矛盾。
目前，尚不清楚这些观察是否真的提供了对现实的最终描述，或者我们是否可以通过识别在其推导过程中做出的自然但无效的假设来规避贝尔定理，从而恢复局部性。目前，这在量子理论中造成了障碍，关于我们应该如何解释这一结果的争论似乎没有结束的迹象。
引入逆因果关系
通过他的研究，Sutherland提倡一种他认为最终可以结束这种僵局的理论。他认为，为了避免贝尔定理所暗示的那种超光速影响的需要，我们需要与物理学中根深蒂固的假设之一彻底决裂：一个事件只能由发生在它过去的事件引起。
正如Sutherland所描述的那样，“许多人已经清楚地认识到，可以通过放宽我们只能及时向前施加影响的假设来避免约翰贝尔著名证明的结论。”
为了证明这种“逆因果关系”理论的合理性，Sutherland借鉴了海森堡的测不准原理。该原理指出，我们永远不可能同时非常准确地知道量子粒子的位置和动量。这意味着如果我们改进对一个量的测量，另一个量的准确性就会受到影响。
根据这条定律，Sutherland指出，物理学中某些量的未来值永远无法精确确定，因此无法根据先前的测量结果进行预测。因此，这就留下了一种可能性，即实验者对下一次测量的选择可能会影响先前测量所未知的早期值。
量子力学的第二个熟悉的方面加强了这种逻辑：测量不仅提供有关粒子量子态的信息，而且还施加可以改变该状态的影响。与这一事实保持一致的是，情况在时间上是对称的，观察者对测量交互作用的选择不仅会影响后续事件，还会影响过去的事件。
与量子理论的兼容性
过去其他人已经提出了明显的非局部相互作用可以用时间倒退效应来解释的想法。然而，直到现在，大多数讨论都没有提供对逆因果关系的详细数学描述。在他的研究中，Sutherland首次提出了这样的描述，并展示了如何将其纳入物理学的其他部分。
在这样做的过程中，他的理论成功地再现了量子力学的关键预测，同时允许纠缠粒子被视为独立的，因为它们之间没有发生比光速更快的影响。
此外，Sutherland 的逆因果关系模型使他能够对包含任意数量纠缠量子粒子的系统提供更详细的描述。在现有的量子力学概念中，这种情况需要在更高维空间中进行复杂的、有些抽象的描述。“N 个相互作用粒子的标准量子力学描述发生在 3N 维的数学“配置空间”中，”Sutherland 解释道。“相比之下，现实的逆因果图完全位于通常的三维物理空间中。”
解决理论难题
Sutherland 认为他的逆因果模型与量子力学的核心原理并没有冲突，而是与它们齐头并进。在他的描述中，纠缠的量子粒子存在于我们的日常空间中并遵守爱因斯坦的相对论——尽管在我们对现实的有限的、及时的感知中以其他方式出现。
Sutherland 的逆因果关系模型使他能够对包含任意数量纠缠量子粒子的系统提供更详细的描述。
“我相信这个模型是第一个证明这些理想特性可以与量子力学兼容的模型，”研究人员说。“因此，引入逆因果关系的附加因素为围绕量子现象的长期难题提供了解释。”
通过在他们的理论中考虑时间倒退效应，Sutherland 希望研究人员最终能够更好地回答物理学中一些最紧迫的问题。“总的来说，引入逆因果效应的可能性也可以让物理学中的其他问题以一种全新的方式得到解决，”他继续说道。“例如，它允许采用更简单的方法来研究量子引力理论。”
这个特殊的研究领域旨在使用量子力学的语言来描述引力——尽管根据我们目前的理解，物理学的这两个部分似乎遵循完全不同的定律。爱因斯坦通过他的广义相对论对引力的解释涉及确定的、定义明确的数量。相比之下，量子力学只预测概率而不是确定性，并使相应的物理现实图景“模糊”而不是确定。这反过来似乎要求爱因斯坦图片中的时空也变得不确定，它因引力而变得弯曲和扭曲。
然而，考虑到逆因果关系，一旦考虑到未来的影响，情况就会再次变得非常明确。“这使得对量子引力进行更简单的描述成为可能，”Sutherland 说。“只有当我们被迫对无法提前访问的未知未来值取平均值时，模糊性才会回归。”
接受逆因果关系可以为理解宇宙中一些更神秘的现象（包括黑洞和中子星）的新突破铺平道路，量子力学和广义相对论不能同时以它们目前的形式继续应用。
如果他的数学描述在更广泛的物理学界得到更广泛的接受，Sutherland 希望能够打破自量子理论诞生以来一直存在的障碍，最终导致对我们的宇宙在基本层面上的行为有更深入的了解。
