Под поверхностью знакомой нам реальности скрывается меньший и более загадочный квантовый мир, посмевший бросить вызов нашим фундаментальным идеям о времени и пространстве. В этом мини-мире концепции «до» и «после» буквально растворяются, поэтому два события способны предшествовать и преуспевать друг в друге. То есть, событие А может произойти до В и наоборот.
Эту идею именуют «квантовым переключением» и впервые предложили в 2009 году. Предыдущие эксперименты показали, что А способно предшествовать или реализоваться в событии В, но исследование не может подтвердить, что два сценария происходили в одном и том же месте.
Чтобы точно определить, где произошли эти нарушения причинно-следственной связи, исследователи реализовали одно квантовое переключение с немного иной архитектурой. Новый дизайн позволил экспериментально продемонстрировать, что А происходит до и после события В не только в одно и то же время, но и в том же месте. Ученые запрограммировали и наблюдали, как продвигается по цели фотон (квантовая частица света), способный выбрать один из двух путей.
Фотон рассматривают как частицу и волну. Если бы ученые использовали его с горизонтальной поляризацией (волны осциллируют), то фотону пришлось бы пройти путь А, а затем двигаться назад, чтобы пройти В (то есть, А произошло до В). Если же речь идет о вертикальном фотоне, то сначала идет В, а затем А (В осуществилось перед А).
Однако в квантовом мире господствует причудливое явление суперпозиции. В ней фотоны способны быть как горизонтально, так и вертикально поляризованными. Здесь снова вспоминается известных парадокс кошки Шредингера, где в квантовом мире она может быть, как живой, так и мертвой.
Правда существует уловка: физики не могут видеть или измерить то, что делают фотоны. Дело в том, что сам акт измерения разрушает суперпозицию, потому что заставит фотоны выбрать по какому порядку следовать. Вместо этого исследователи использовали ряд «препятствий», в виде оптических элементов (линзы и призмы), которые косвенно сделали два события отличимыми.
По мере прохождения фотонов по дорожкам линзы и призмы меняли форму волн каждого фотона. Это трансформировало и их поляризацию (направление). В конце путешествия можно измерить новую поляризацию. Команда создала разные оптические элементы, чтобы провести множество испытаний с разнообразными параметрами. Комбинация измерений служила «причинным свидетелем» – значение становилось отрицательным, если фотоны проходили оба пути одновременно.
Оказалось, когда фотоны находились в состоянии суперпозиции, то причинный свидетель становился отрицательным, показывая, что фотоны путешествовали по обоим путям. То есть, для них «до» и «после» не существовало.