Australialaisen Queenslandin yliopiston tutkijat ovat osoittaneet, että kvanttimekaniikan kannalta kaksi erilaista tapahtumaa voi edeltää toisiaan samanaikaisesti. Syy-suhteen hajoaminen osoitettiin käyttämällä fotonien polarisaatiota interferometrissä. Tämän kertoo Science.
Tutkimuksen aikana fyysikot kuljettivat fotoneja interferometrin läpi - laitteen, jolla sähkömagneettisen säteen säde on jaettu useisiin eri optisten polkujen läpi kulkeviin säteisiin (A ja B). Lopulta kaksi palkkia yhdistyvät ja menevät päällekkäin, mikä aiheuttaa häiriöitä. Asennus koottiin siten, että pystysuuntaisen polarisaation avulla fotoni valitsee vasemman polun, palaa sitten takaisin ja osuu interferometrin oikealle puolelle. Vaakapolarisaatiossa hiukkanen seuraa ensin oikeaa polkua ja sitten vasemmalle.
Diagonaalisella polarisaatiolla fotonin sijaintia kuvaava kvanttiaalto "jakautuu" liikkuen molempia polkuja pitkin samanaikaisesti. Pystysuorassa ja vaakasuunnassa polarisoidut komponentit kulkevat ensin omaa polkua pitkin, palaavat takaisin ja menevät viereiselle polulle. Siten molemmat komponentit kulkevat kutakin polkua kerralla, eli fotoni näyttää kulkevan molempia polkuja samanaikaisesti. Jokaisen polun lopussa fotoni jakautuu jälleen, jolloin yksi komponentti tulee takaisin ja toinen poistuu asetuksesta.
Kokeilun asettelu / Kuva: Arxiv.org
Tässä tapauksessa on hyvin vaikeaa määrittää, mikä tapahtuma edeltää toista: joko polarisoituneiden komponenttien paluu polkujen alkuun luo fotonin kulun ulkonäön pitkin A: ta ja B: tä samanaikaisesti (fotoni kulkee ensin yhtä polkua pitkin ja sitten toista pitkin) tai "haarautuneen" fotonin jakamista kunkin polun lopussa aiheuttaa komponenttien kertaluonteisen paluun jokaisen polun alkuun (ja sitten fotoni kulkee molempia polkuja pitkin samanaikaisesti).
Tämän ongelman ratkaisemiseksi tutkijat tekivät sarjan kokeita, joka kerralla lisäten asennukseen uusia linssejä, jotka muuttavat valonsäteen spatiaalista jakaumaa. Tämän avulla voit muuttaa fotonin polarisaatiota hetkellä, jolloin kvanttiaallot ovat jälleen päällekkäin. Jos kukin säteessä oleva fotoni ohitti ensin yhden ja sitten toisen polun, niin fotonin lopullisen polarisaation on vastattava tiettyä arvoa. Tutkijat havaitsivat kuitenkin, että oli mahdotonta kokeellisesti määrittää, mikä tapahtuma todella aiheuttaa toisen. Toisin sanoen molemmat prosessit ovat toistensa syy ja seuraus.