Dynamik kausaler Abfolgen
Kontinuität und Umkehrbarkeit fixiert in der Quantenmechanik die kausale Struktur.
Ereignisse treten in einer fixen kausalen Abfolge hintereinander auf. Diese Idee ist Teil unseres intuitiven Bildes der physikalischen Welt. Ein Beispiel: Alice kann Bob eine Nachricht über eine Leitung schicken, die sie beide verbindet. Alice beschließt ein Grillfest zu veranstalten und kann Bob über diese Verbindung dazu einladen. Falls Bob eine Einladung erhält, entscheidet er sich, für das Fest evapii vorzubereiten. Das Ereignis, in dem Alice beschließt, Bob zum Grillen einzuladen, beeinflusst also das Ereignis, in dem sich Bob entscheidet, Essen vorzubereiten. Eine solche Abfolge von Ereignissen kennzeichnet eine bestimmte kausale Struktur. Forschung zu den Grundlagen der Quantenmechanik legt jedoch nahe, dass in der Quantenwelt kausale Strukturen unbestimmt sein könnten. In einer unbestimmten kausalen Struktur könnte es möglich sein, dass keine bestimmte Abfolge existiert, in der Ereignisse geschehen. Ob also Alice Bob beeinflusst oder Bob Alice, könnte nicht festgelegt sein.
Abb.: Dynamik kausaler Abfolgen: Der Beteiligte D kann die kausale Abfolge von künftigen Ereignissen für die Beteiigten A, B und C dynamisch kontrollieren. (Bild: J. Carlos Palomino, U. Wien)
Falls Kausalität tatsächlich unbestimmt ist, woher kommen diese unbestimmten kausalen Strukturen? Können sie dynamisch erhalten werden, so dass bestimmte kausale Strukturen unbestimmt werden? Und falls das der Fall wäre, unter welchen Bedingungen kann es geschehen? Antworten auf diese Fragen wären bemerkenswert, da sie Aufschluss über die Natur der Kausalität in der Quantenwelt geben würden.
Einer Forschungsgruppe unter der Leitung von aslav Brukner von der Uni Wien und dem Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften gelang es jetzt zu zeigen, dass – solange die Dynamik kausaler Strukturen kontinuierlich und umkehrbar ist – eine bestimmte kausale Struktur niemals unbestimmt werden kann. Am Beispiel der Leitung, die Alice und Bob verbindet, erklärt, bedeutet das, dass das Biegen oder Dehnen – eine kontinuierliche und umkehrbare Transformation – der Leitung zu keinerlei Änderungen in der kausalen Struktur führen würde, da Alice Bob weiterhin erreichen kann. Falls man die kausale Struktur ändern wollte, müsste man die Leitung entweder unterbrechen und wieder verbinden, das wäre nicht kontinuierlich, oder die Leitung ersetzen, das wäre nicht umkehrbar. Das Team untersuchte auch komplexere Situationen, in denen mehrere Beteiligte einbezogen waren. Zum Beispiel können Entscheidungen einer dritten Person, Charly, unter gewissen Umständen festlegen, ob die kausale Struktur künftiger Ereignisse bestimmt oder unbestimmt ist.
„Unsere Ergebnisse belegen, dass unter den physikalisch vernünftigen Annahmen von Kontinuität und Umkehrbarkeit eine Welt mit bestimmter kausaler Struktur niemals eine Welt mit einer unbestimmten kausalen Struktur werden wird und umgekehrt“, fasst Team-
U. Wien / RK
