Ученые Квинслендского университета в Австралии продемонстрировали, что с точки зрения квантовой механики два разных события могут предшествовать друг другу одновременно. Нарушение причинно-следственной связи удалось продемонстрировать с помощью поляризации фотонов в интерферометре.

В ходе исследования физики пропустили фотоны через интерферометр — устройство, с помощью которого пучок электромагнитного излучения разделяется на несколько пучков, идущих через разные оптические пути (А и В). В конце концов, два пучка вновь воссоединяются и накладываются друг на друга, что приводит к интерференции. Установка была собрана таким образом, что при вертикальной поляризации фотон выберет левый путь, затем вернется назад и попадет в правую часть интерферометра. При горизонтальной поляризации частица сначала идет по правому пути, а потом по левому.

Однако при диагональной поляризации квантовая волна, описывающая положение фотона, «расщепляется», двигаясь по обоим путям одновременно. Вертикально и горизонтально поляризованные компоненты сначала идут каждый по своему пути, возвращаются назад, и переходят на соседний путь. Таким образом, по каждому пути проходят сразу оба компонента, то есть фотон словно бы идет по обоим путям одновременно. В конце каждого пути фотон снова расщепляется, при этом один компонент возвращается назад, а другой выходит из установки.

При этом очень трудно определить, какое событие предшествует другому: то ли возврат поляризованных компонент в начало путей создает видимость прохождение фотона по А и В одновременно (фотон проходит сначала по одному пути, а затем по другому), то ли расщепление «раздвоенного» фотона в конце каждого из путей обуславливает единовременный возврат компонент в начало каждого пути (и тогда фотон действительно проходит по обоим путям одновременно).

Чтобы решить эту проблему, ученые провели ряд экспериментов, каждый раз вставляя в установку дополнительные линзы, которые меняют пространственное распределение пучка света. Это позволяет изменить поляризацию фотона в тот момент, когда квантовые волны вновь накладываются друг на друга. Если каждый фотон в пучке сначала проходил один путь, а потом другой, то итоговая поляризация фотона должна соответствовать определенному значению. Однако исследователи выяснили, что в эксперименте невозможно определить, какое из событий в действительности обуславливает другое. Иными словами, оба процесса являются причиной и следствием друг друга.