Des chercheurs de l'Université de Vienne et de l'Académie autrichienne des sciences développent un nouveau cadre théorique pour décrire comment les structures causales en mécanique quantique se transforment. Ils analysent dans quelles conditions la mécanique quantique permet à la structure causale du monde de devenir « floue ». Dans ce cas, un ordre fixe des événements n'est pas possible. Les résultats sont publiés dans la célèbre revue Examen physique X .

L'idée que les événements se produisent les uns après les autres dans un ordre causal fixe fait partie de notre image intuitive du monde physique. Imaginez qu'Alice puisse envoyer un message à Bob via un fil qui les relie. Alice décide de faire un barbecue et peut inviter Bob via la connexion filaire. S'il est invité, Bob décide de préparer des evapčići à emporter. C'est un exemple où l'événement dans lequel Alice décide d'inviter Bob au barbecue influence l'événement dans lequel Bob décide de préparer de la nourriture. Un tel ordre d'événements caractérise une structure causale définie. Cependant, la recherche sur les fondements de la mécanique quantique suggère que, au niveau quantique, les structures causales peuvent être « indéfinies ». Dans une structure causale indéfinie, il peut ne pas y avoir d'ordre fixe dans lequel les événements se produisent, c'est-à-dire si Alice influence Bob ou si Bob influence Alice peut ne pas être défini.

Si la causalité est en effet indéfinie, d'où viennent les structures causales indéfinies ? Peuvent-elles être obtenues dynamiquement pour que des structures causales définies deviennent indéfinies ? Et, si c'est le cas, dans quelles conditions cela peut-il arriver ? Les réponses à ces questions seraient remarquables, car ils éclaireraient la nature de la causalité dans le monde quantique.

Dans un article récent, publié dans la revue Examen physique X , un groupe de physiciens dirigé par Časlav Brukner à l'Université de Vienne et l'Institut de Vienne pour l'optique quantique et l'information quantique de l'Académie autrichienne des sciences a montré que, si la dynamique des structures causales est continue et réversible, une structure causale définie ne peut jamais devenir indéfinie. Dans notre exemple, une flexion ou un étirement du fil (transformation continue et réversible) reliant Alice et Bob n'entraînerait aucun changement dans la structure causale car Alice peut toujours atteindre Bob. Si l'on veut changer la structure causale, il faudrait soit déconnecter et reconnecter le fil (non continu) soit remplacer le fil (non réversible). Les chercheurs ont également étudié des situations plus complexes dans lesquelles plus de parties sont impliquées. Par exemple, décisions d'un tiers, Charly, peut, dans certaines circonstances, déterminer si l'ordre causal des événements futurs est défini ou indéfini.

"Nos résultats démontrent que sous des hypothèses physiquement raisonnables de continuité et de réversibilité, un monde avec un ordre causal défini ne deviendra jamais un monde avec un ordre causal indéfini et vice versa, " dit Esteban Castro, l'un des auteurs de l'article. Cette idée peut conduire à une compréhension plus complète du rôle de la causalité dans le monde quantique.