Kontekstualność kwantowa i ontologia przyczynowości

Marek Woszczek

W książce przedstawiono nowe spojrzenie na problem ontologii przyczynowości w teorii kwantowej. Jest to jedno z najbardziej kontrowersyjnych zagadnień mikrofizyki ze względu na fakt, iż fundamentalną własnością układów kwantowych jest mocna kontekstualność, która uniemożliwia konstruowanie realistycznych modeli przyczynowych opartych na klasycznych intuicjach. Jednak globalne własności probabilistycznej miary kwantowej i termodynamika historii kwantowych wskazują, że możliwe jest zdefiniowanie uogólnionej, czasowo symetrycznej przyczynowości kwantowej, bez zachodzenia paradoksów kauzalnych i konfliktu z teorią względności. Indeterministyczne modele z taką przyczynowością pozwalają zrozumieć fundamentalne, unikalne dla mikrofizyki znaczenie realnych procesów wirtualnych oraz ścisły związek splątania kwantowego w czasie i przyczynowania. Wbrew epistemologicznej krytyce w filozofii po Humie i Kancie, przyczynowanie jako „spoiwo przyrody” może okazać się bardziej realne niż obiekty i sama czasoprzestrzeń, a nawet być ontologicznym warunkiem ich zaistnienia.

• Tytuł (en):Quantum Contextuality and the Ontology of Causality
• Rok wydania:2018
• Seria:Filozofia i Logika nr 126
• ISSN:0083-4246
• ISBN:978-83-232-3313-8
• Liczba stron: 340

[tabs]
[tab title=”Wstęp”]

Wstęp

Tematem książki jest fizykalna ontologia mikroprzyczynowości. Problema­tyka ta towarzyszy teorii kwantowej od czasu jej sformułowania w połowie lat 20. XX w. i po stu latach, po sformułowaniu jej relatywistycznej wersji i ogrom­nym sukcesie w testowaniu kwantowej teorii pola (dalej: QFT), wydaje się z perspektywy filozofa fizyki coraz bardziej fascynująca. Metafizycy przekonani realności klasycznego, czasowo asymetrycznego przyczynowania jako fun­damentalnej własności przyrody są na polu teorii kwantowej najczęściej w defensywie, czasem nawet decydują się na sporą dozę filozoficznego separa­tyzmu. Pierwsza część książki pokazuje dlaczego klasyczne ujęcia przyczyno- wości, które próbuje się przenosić do mikrofizyki, rzeczywiście skazane są na spektakularną porażkę. Wnioski negatywne będą więc odpowiedzią na pytanie, dlaczego po prostu nie warto inwestować w intuicje i rozwiązania metafizycz­ne, które już w punkcie wyjścia rozmijają się z głębokimi strukturalnymi i, jak się okazuje, topologicznymi własnościami teorii kwantowej. Taką fundamen­talną własnością jest kontekstualność, której rola była zmarginalizowana na rzecz jej szczególnego typu dla układów złożonych – nielokalności, która zdo­minowała dyskusje od lat 80. XX w. Głównym celem książki jest określenie, czy i jak możliwa jest przyczynowa, lorentzowsko niezmiennicza interpretacja teo­rii kwantowej w sytuacji mocnej kontekstualności i całkowicie nieklasycznego zachowania kwantowej miary probabilistycznej. Będę starał się pokazać, że pojęcie kwantowego, uogólnionego przyczynowania jest sensowne i, co więcej, otwiera dla ontologii fizyki fundamentalnej niezwykle interesujące perspektywy.

W pewnym stopniu paradoksem jest, że od samego początku, od czasu jej sformułowania w latach 20. i wystąpień Bohra, zdawano sobie sprawę, że me­chanika kwantowa (dalej: QM) jest z klasycznego punktu widzenia kauzalnie patologiczna, ale zarazem Dirac, Fock, Weyl i inni, kładąc na przełomie lat 20. i 30. podwaliny pod jej pełne sformułowanie relatywistyczne i późniejszą QFT, nie musieli w jakimkolwiek punkcie naruszać ani modyfikować struktury szczególnej teorii względności (dalej: STW). Również wszystkie najnowsze, bardzo precyzyjne testy fizyczne nie wykazują minimalnego nawet naruszenia przez nią symetrii czasoprzestrzeni (np. Flowers i in. 2017; Bourgoin i in. 2017). Dla ontologii mikrofizyki stanowi to intrygującą zagadkę: kwantowa miara probabilistyczna jest radykalnie nieklasyczna ze względu na kontekstu- alność, blokując jakąkolwiek interpretację opartą na ewentualnej klasycznej przyczynowości statystycznej, a mimo to kauzalna, stożkowa struktura czaso­przestrzeni w teorii pola jest niezagrożona. Miara kwantowa oraz struktura ta wyglądają prima facie jak woda i ogień, czasami wydają się w połączeniu gene­rować rażące paradoksy, a jednak, jak będę argumentował, wcale tak nie jest. Zamiast fizycznych sprzeczności napotykamy tylko mikrofizyczne osobliwości jako fenomeny fizyczne jakościowo nowego typu, co raczej wskazuje, że reżim kwantowy wcale nie jest środowiskiem wrogim przyczynowości, lecz tylko jej klasycznym modelom. W kwantowej teorii informacji problem ten można więc przeformułować jako strukturalną zgodność kwantowego zakazu sygnalizacji na odległość z lorentzowską niezmienniczością. Nie jest ona wcale ani oczywi­sta, ani zapewne przypadkowa, co może mieć podstawowe znaczenie dla kwan­towych modeli czasoprzestrzeni. Im dokładniej się jej przyglądamy, tym mniej kwantowa struktura historii oraz lokalna przyczynowość wyglądają jak woda i ogień, a kwantowe osobliwości kauzalne – jak paradoksy. Prezentują się tak raczej dlatego, że ontyczna kontekstualność czasowa permanentnie ignorowana jest jako własność fundamentalna w przyrodzie (rozdz. 3 i 4).

Istnieje oczywiście przyczynowe sformułowanie mechaniki kwantowej, które odniosło względny sukces – jest nim od lat 50. mechanika bohmowska (czy też interpretacja de Broglie’a-Bohma lub teoria fali pilotującej; dalej: MB). Choć najczęściej przedstawiana jest jako jedna z interpretacji, być może powin­na być raczej traktowana jako alternatywna teoria kwantowa (np. Berndl, Daumer i in. 1995: 748; Diirr 2001: 133), jednak bez żadnego spójnego relaty­wistycznego sformułowania polowego. W pewnym sensie książka ta jest mię­dzy innymi polemiką z MB i prezentacją powodów, dlaczego kauzalny realista powinien ją odrzucić jako ślepy zaułek, zamiast wiązać z nią nadzieje. Problemy z MB nie tkwią tylko w nielokalności działania w przestrzeni, ale sięgają o wiele głębiej – samego rozumienia i uniwersalności kwantowej kontekstualności. Jak będę starał się pokazać, rzecz w tym, że teoria ta jest konceptualnym regresem – czymś na podobieństwo, mutatis mutandis, dokonania odwrotu od mechaniki newtonowskiej do mechaniki kartezjańskiej – który jednak wcale nie pozwala, wbrew początkowej obietnicy, odzyskać ontycznego przyczynowania. Pozornie wydaje się, że śmiałe ograniczenie kontekstualności własności takich jak prze­strzenne położenia jest dobrym sposobem na odzyskiwanie przyczynowości w mikrofizyce, gdyż ta druga jest wroga tej pierwszej, nie można mieć w pełni obu: i kontekstualności, i przyczynowości. Nic bardziej mylnego. W końcowej części będę starał się pokazać, jak uogólniona kwantowa przyczynowość i mak­symalna ontyczna kontekstualność mogą być wręcz traktowane jak dwie strony jednej monety, co sprawia, że lokalne, zgodne ze stożkową strukturą czasoprze­strzeni przyczynowanie skrywa się właśnie tam, gdzie wydaje się – zgodnie z klasyczną intuicją – że jest wykluczone. Trzydzieści lat temu Adrian Heathcote (1989) argumentował, że próba budowania fizykalnej ontologii przyczynowo­ści opartej na cząstkach-indywiduach w przestrzeni jest skazana na porażkę – jedynie dynamicznie lokalna, kwantowo-relatywistyczna teoria pól w interak­cjach może dać na to nadzieję. Zgadzam się z tą konkluzją i właśnie ze względu na fundamentalną rolę tych interakcji poświęcę wiele miejsca relatywistycznej fizyce splątania i procesom wirtualnym. Sympatyzuję też z opinią Heathcote’a (Heathcote 1989: 83 i n.), że z perspektywy naturalisty określenie fizycznej natury przyczynowania jest nawet ważniejsze niż tradycyjne analizy logiczne, na przykład kontrfaktyczne.

Wyjaśnienia wymaga przyjęta tu optyka filozoficzna i metodologia. Książka napisana jest z perspektywy ontologii fizyki, którą można określić jako „bliską” (proximate), w odróżnieniu od „dalekiej” albo „mocnej”, która wyraźnie auto- nomizuje domenę metafizyki. Oznacza to przede wszystkim, że sytuuje się ona bardzo blisko fizyki, nawet, a może zwłaszcza, doświadczalnej (co wyraźnie odróżnia ją od standardowej metafizyki analitycznej), i unika definiowania nie­przekraczalnego, sztywnego podziału zadań między fizyką a naturalistyczną filozofią, preferując zamiast tego „krzyżowe” inspiracje i w wielu miejscach symetrię relacji. U podstaw tej preferencji (por. np. Ladyman, Ross 2007: 7-45; Huggett, Wuthrich 2013: 284) leży przekonanie, że również filozofom fizyki powinno zależeć na takim zadawaniu pytań i formułowaniu spekulacji, by wią­zały się z pracą fizyków i aktualnym stanem fizyki, a nawet in spe otwierały w niektórych przypadkach możliwości empirycznego testowania. Odpowiada ona też faktycznej, bynajmniej nie chwilowej, sytuacji braku wyraźnej granicy między badaniami z zakresu podstaw fizyki a filozofią fizyki. Filozofowie- -naturaliści nie powinni obawiać się utraty swojej autonomii, o ile zakładamy przynajmniej częściową zbieżność, a nie rozłączność ambicji i motywacji po­znawczych ontologii przyrody i fizyki fundamentalnej.

Warunkiem takiej ontologii „bliskiej” jest jednak unikanie przez filozofów programowego separatyzmu i upartego narzucania intensywnie rozwijającej się fizyce nieadekwatnych, często przestarzałych intuicji i kategorii. Jeśli wyniki uzyskiwane przez fizykę nie zgadzają się potocznymi czy akceptowanymi intui­cjami, tym gorzej dla tych intuicji, zwłaszcza filozoficznych: gdyby spójne poję­cie przyczynowania okazało się w mikrofizyce nie do utrzymania (por. np. Brukner 2015; Araujo, Febe i in. 2017), należałoby z niego spokojnie zrezygno­wać. Niepokojące jest również, że wielu filozofów fizyki nie interesuje się, przemilcza czy ostentacyjnie ignoruje nowe wyniki eksperymentalne, możliwe dzięki szybko rozwijającym się technologiom, nowatorskim procedurom testo­wania i zaawansowanym metodom statystycznym. W wyraźnym odróżnieniu od technicznego, niejako standardowego krytycyzmu samych fizyków, moty­wacje filozofów, ukryte w dystansie do konkretnych wyników doświadczalnych w mikrofizyce, są niestety często bezproduktywne – stoi za nimi konserwatyw­na obrona potocznych intuicji czy wypracowanych przez filozofię kategorii analitycznych, immunizowanych na jakikolwiek postęp w fizyce. Ontologia bli­ska traktuje takie obrony i „szarże filozoficzne” na polu fizyki nieufnie: więcej problemów generuje czasem – zamiast pomagać, klaryfikować i stymulować teorię – sama filozofia z jej historią i zdroworozsądkowymi przeświadczeniami, a nie fizyka. Jak zobaczymy, ontologia mikroprzyczynowości jest jednym z ta­kich bardzo wrażliwych obszarów, gdzie sam filozof musi się najpierw systema­tycznie zastanawiać nad swoim własnym bagażem konceptualnym.

Książka ta nie jest pomyślana jako krytyczny przegląd statusu przyczyno­wości w rozwijanych interpretacjach mechaniki kwantowej, ani nie skupia się na analizie historycznej sporów wśród fizyków, jakie toczyły się od lat 20. XX w. Głównym zamierzeniem jest próba nowego, świeżego spojrzenia na problem przyczynowania ontycznego w mikrofizyce z perspektywy ontologa-kauzalnego realisty, a więc w optyce otwarcie antyhumowskiej (i antykantowskiej). Takie spojrzenie jest, jak sądzę, nie tylko pożądane, ale może nawet konieczne ze względu na intensywny rozwój kwantowych modeli czasoprzestrzeni (por. np. Huggett, Wiithrich 2013; Crowther 2016). Jednym z zadań, jakie sobie stawiam, jest próba skonstruowania modelu rosnącej sieci kauzalnej – alternatywnego do tego, który zaproponował Phil Dowe (2000) – takiego, by był ontycznie kon- tekstualny, stochastyczny i możliwie najściślej związany z relatywistyczną teo­rią kwantową. W świecie pohumowskim wydawało się, że wszystko, czego po­trzebujemy, również w modelach stochastycznych, to jedynie porządek przyczynowy zdarzeń, a mówienie o kauzalnym „spoiwie” Wszechświata i on­tycznym przyczynowaniu może zbliżać się niezbezpiecznie do metafizycznego folkloru. Być może było tak w świecie mechaniki klasycznej; w mikrofizyce, w której z ontycznej kontekstualności bezpośrednio wynika istnienie splątania, tak nie jest. W książce tej chciałbym przekonywać, że to raczej tradycyjna defla- cja, a nawet otwarta eliminacja fizycznego przyczynowania jako realnego spoi­wa przyrody może okazać się chwilowym folklorem epistemologii.

*

Składam podziękowania Guido Bacciagaluppiemu za cenne dyskusje na ostatnim etapie przygotowywania książki oraz recenzentowi Andrzejowi Łuka­sikowi za krytyczne uwagi i pomoc w uczynieniu jej lepszą. Dziękuję też Anto­niemu Szczucińskiemu za wsparcie i komfort pracy w Zakładzie Filozofii Nauki Instytutu Filozofii UAM.

 Woszczek_Wstep

[/tab]
[tab title=”Spis treści”]

Spis treści

Wstęp   7

Rozdział 1. Co spaja historie? Przyczynowanie ontyczne jako incognito w filozo­fii mechaniki   11

1. Od eliminacjonizmu do deflacjonizmu: przyczynowość a krajobraz nowożyt­nej metafizyki  11
   1. Dwa schematy ontologii przyczynowości a realność przyczynowania  11
   2. Mechanika nowożytna: konfiguracje bez dyspozycji, geometria bez przyczynowania   19
2. Im dalej w las, tym więcej drzew: nieseparowalność a problem kauzalnej patologiczności mikrofizyki   28
3. Podsumowanie   41

Rozdział 2. Sto lat problemów. Czasoprzestrzenne relacje przyczynowe a kwan­towa struktura historii   43

1. Żądanie niemożliwego? Odpowiedź Bohra na argument EPR a separowalny realizm kauzalny Einsteina   43
2. Czy kwantowe przesłuchanie prowadzi do przyczynowych sprzeczności?  50
3. Kwantowy eter: fundamentalny problem deterministycznych teorii kwanto­wych z przestrzenną nielokalnością 61
4. Paradoksy kwantowe pierwszego i drugiego rzędu a czasowa symetria me­chaniki kwantowej  75
   1. Korelacyjne paradoksy pierwszego rzędu a osobliwości kauzalne E-bazy  75
   2. Czasowa symetria dynamiki kwantowej a osobliwości kauzalne H-bazy  87
5. Podsumowanie   99

Rozdział 3. Splatanie lokalnego i globalnego. Kontekstualność, miara kwantowa i termodynamika historii   103

1. Mechanika bez stanów: kontekstualność kwantowa jako globalny warunek obstrukcyjny i własność fizyczna   103
   1. Fizyka kontekstualności a pseudostany kwantowe  103
      1. Kontekstualność jako nieredukowalna własność topologiczna  104
      2. Kontekstualność jako fundamentalny zasób fizyczny  116
   2. Nieistnienie stanów detekcyjnych a pseudopomiary i eliminacja dys­pozycji wewnętrznych  123
2. Kontekstualna logika historii a globalna przyczynowość kwantowa  136
   1. Historie bez c-zdarzeń: miara kwantowa i monogamiczność nieseparowalności lokalnej i globalnej   136
   2. Reżim wirtualny: kwantowa entropia warunkowa jako wskaźnik nieklasycznej geometrii przyczynowej   148
3. Podsumowanie   164

Rozdział 4. Siła słabości. Czasowa symetria teorii kwantowej i wirtualny reżim przyczynowy   167

1. Kontekstualność w czasie: n-cykliczne czasowe nierówności entropowe i ko­relacyjne  167
   1. Termodynamiczna charakterystyka q-historii  169
   2. Czasowe nierówności Bella a kontekstualność w czasie  171
2. Przyczynowość kwantowa w działaniu: ontyczna kontekstualność a praca kwantowa w czasie   181
   1. Pudełka kwantowe i interferencja w czasie  182
   2. Globalna dynamika, fazy kwantowe i przyczynowa spójność ^-historii.. 190
3. Wirtualność czasowa: słabe wartości kwantowe, reguła Borna i czasowo sy­metryczna struktura przyczynowa 201
   1. Wartości supersłabe a osobliwości kauzalne  201
   2. Wartości słabe i ujemne entropie warunkowe jako parametry wirtual­nego reżimu przyczynowego  208
4. Podsumowanie   221

Rozdział 5. Wirtualne przyczynowanie, aktualne efekty. Głęboka struktura teorii kwantowej a ontologia przyczynowości   223

1. Kontekstualność porządku przyczynowego a ontyczna relacyjność e-zdarzeń 223
   1. Sondowanie reżimu wirtualnego: q-historie bez określonego porządku przyczynowego   224
   2. Radykalnie relacyjna interpretacja mechaniki kwantowej a problem przyczynowania   228
   3. Nie-zdarzenia: wirtualne (nieczasoprzestrzenne) jest realne  234
2. Fizyka reżimu czasowo symetrycznego i A-model: wirtualne przyczynowa­nie, aktualne q-historie  243
   1. Kwantowy A-model z kolapsem jako opcja konstrukcyjna  243
   2. A-model a topologicznie „skręcona” przyczynowość i dyspozycjonalizm   254
3. Subtelne superdostrojenie i przyczynowość bez przyczynowania: B-model i czasowo symetryczne teorie deterministyczne   264
4. Czasowo symetryczne moce przyczynowe jako opcja metafizyczna  274
5. Podsumowanie   285

Zakończenie   287

Wykaz stosowanych skrótów   291

Bibliografia   293

Indeks   327

Quantum Contextuality and the Ontology of Causality (Summary)   335

 Woszczek_Spis_tresci

[/tab]
[tab title=”Quantum Contextuality and the Ontology of Causality”]

Summary

The ontology of microcausation is one of the most controversial and complex topics in the philosophy of physics. After the formulation of the Bell inequalities, and their first expe­rimental tests in the 1980s, most philosophical discussions focused on subtle problems con­cerning an apparent clash between quantum nonlocal effects and the cone structure of spa­cetime. This book explores the more fundamental and profound question of the tension between classical causal structure and quantum contextuality. In particular, it deals with the philosophical issue of whether there is any plausible possibility to introduce ontic causation (not just the presence of some causal order of events, but also the real physical production of causal links and effects] and causal powers into relativistic quantum theory, whose structure permits maximal contextuality and which does not violate spacetime symmetries (according to the best experimental tests available to date]. We answer that question affirmatively and propose construction of a stochastic model of such a kind.

Ontic contextuality is the fundamental physical property in microphysics. In Ch. 3.1 we give a general, sheaf-theoretic formulation of the (Bell-]Kochen-Specker theorem, and con­strue ontic contextuality (Ch. 3 and 4] as a strictly topological feature of quantum histories in time, as well as a physical resource for quantum work, which induces a generic, highly non­classical regime of information processing, obeying the principles of no-cloning, no­broadcasting and no-deleting. Moreover, we claim that it makes the very notions of 'state’ and 'measurement’ in quantum theory highly questionable, if not untenable, so that quantum mechanics is in fact a nonseparable mechanics without states and detections, which should be exchanged for 'pseudo-states’ and 'pseudo-measurements’ in the terminology. We show that the same structure which produces such an obstruction, interestingly, also renders the concept of dispositions of local particulars useless and any putative 'quantum ether’ unde­tectable – quantum causation is (by all appearances] relativistically local causation by prin­ciple. It is argued that contextuality should be construed as a nontrivial, global topological structure of quantum histories, which takes the temporal and dynamical aspect of quantum ontology to the fore, as manifested in the effects analyzed, such as different variants of the quantum interrogation, the quantum liar paradox, the three-box paradox, the Hardy paradox, and the so-called logical pre- and postselection paradoxes in general. Nonlocal effects are a particular sort of contextuality defined for compound systems separated in space, and the no-signalling as well as undetectability of any quantum ether are presented as deep topolo­gical properties of contextual quantum dynamics itself, and not as a by-product of some kind of thermodynamical masking by noise (as in Bohmian mechanics, for example].

In Ch. 2 we construct a Gedankenexperiment consisting in the cosmic-scale interferome­tric 'interaction-free’ measurement (or quantum interrogation] of a quantum black hole by single quanta, which demonstrates in a dramatic fashion the extent of tension between the topology of quantum histories and the spacetime causal structure. We show that there is never any real causal paradox set in those quantum causal-dynamical peculiarities, and the quantum causal structure of histories is perfectly self-consistent, as well as consistent with the spacetime structure. We also argue, using time-symmetrized scenarios of this kind, that ontic contextuality points to the deep time symmetry of quantum theory, resulting from the fact that it treats independent initial and final conditions of dynamics of the histories on an equal footing. A positive conclusion is that: (i] quantum ontic contextuality permits, or even suggests, some generalized time symmetric form of causation, which is not, contrary to some apparent impression, a real threat to relativity, and (ii] the histories basis [H-basis] is much more convenient for a temporally nonseparable ontology than the events basis (E-basis]. In fact, we show in Ch. 3.2 and 4 that that deep nonclassical time symmetry is buried at the centre of the quantum (noncommutative] measure theory and the generic features of quan­tum entropies in time. We analyze (Ch. 4.1] the thermodynamic properties of quantum histo­ries and construe them as a direct manifestation of ontic contextuality, which makes the idea of separable events aggregating into derivative classical histories implausible. The same is shown in Ch. 4.3 for quantum weak values, which cannot be construed as 'elements of reality’ with any classical flavour. We argue in line with Tollaksen, Leifer and Pusey that superweak values for pre- and post-selection are direct proofs of contextuality in time, which has fun­damental significance for causal models.

A possible time symmetry of causation certainly creates serious problems for any at­tempt to construct a model of the causal spacetime network with asymmetric causal links and non-illusory time asymmetry. There are two general types of approaches to the ontology of causality, with different sets of metaphysical intuitions and assumptions at play, which have been developed during the history of natural philosophy: the first has its roots in Ari­stotelian metaphysics, and the second one in the radical atomistic streams of medieval Ara­bic metaphysics. We call the former a particularist-dispositionalist scheme (PDS], and the latter an atomistic-aggregational scheme (AAS], which evolved into a geometric-configura­tional scheme (GCS] within the framework of modern physical mechanics following Descar­tes and Newton. They produced two different metaphysical preferences in the analysis of causality: the temporal preference linked to the idea of the real, dynamic becoming (change] of separable individuals in the case of PDS, and the spatial preference linked to an intuition of a mosaic of momentarily coexisting, fully separable events, distributed in physical space and constrained by laws, in the case of AAS (which is deflationist or straightforward eliminativist about causation and causal properties themselves]. We show that both PDS and AAS are deeply problematic in the context of quantum relativistic theory, and quantum mechanics may even be perceived as 'causally pathological’ from that point of view.

In Ch. 2.3 we critically review the 'Cartesian’ (kinematical-configurational] Bohmian me­chanics as an example of the conservative, 'step back’ strategy of maximally restricting the reach of ontic contextuality for observables, and re-enforcing the spatial preference of AAS, which immediately cramps ontology down to kinematics (re-separating it from dynamics], produces some variant of quantum ether, and degrades the generic manifestations of con- textuality (quantum probabilistic measure – Born rule, negative conditional entropies in time, no cloning, no deleting etc.) to a status of derivative effects. We hold that there are no plausible reasons for such a restricting of the reach of ontic contextuality for quantum causal networks if one recognizes it as their fundamental topological property. Furthermore, we also insist that although deterministic Bohmian theory is indeed causal, it does not need any real ontic causation (like every deterministic theory), which is also a sui generis partial re­creation of the anti-causal AAS after all. Thus, we assess any 'step back’ strategy in ontology of contextuality as deeply problematic, and make a case for treating each internal event of any quantum history, even spatial localization, as purely relational and contextual, in line with e.g. Carlo Rovelli’s relational interpretation.

We analyze five types of serious quantum 'causal pathologies’ (as judged from the classi­cal perspective): (i) spatial; (ii) temporal; (iii) spatial-dynamical; (iv) interactional; (v) result­ing in an indefiniteness of the causal ordering of events in spacetime. We argue that any realist causal ontology has to subsume these 'pathologies’ as its generic features resulting from a suitably generalized, nonclassical definition of causation. Furthermore, we hold that a causal realist should try to accomodate a dynamical-dispositional core of PDS to quantum theory in order to defend a real ontic causation (production of the partially ordered, linked events composing the causal spacetime network), in stark contrast to AAS, which does not need any real causal 'tie’/’connexion’ (Hume) or 'glue’ (Descartes) beyond the categorical properties. Thus, not only does quantum time symmetry prove to be a problem for such an accomodation, but also a plethora of quantum causal pathologies destroying the classical PDS and AAS, as well as an apparent lack of a real, causal 'glue’ of histories, which is impor­tant for a dispositionalist naturalistic-physicalist ontology with causal properties. However, relativistic quantum theory and quantum field theory are physically consistent and free of causal paradoxes (physical contradictions), which suggests that a causal realist, who rejects any quantum ether and objects to addressing relativity as only epistemic, is not occupying a lost position. The basic problem turns out to be finding a way to incorporate ontic con­textuality as a global temporal property into indeterministic models of quantum causal net­works with dispositions (without the metaphysical spatial preference, hence without any nonlocality as an action-at-a-distance, and even without any nonlocal 'ether of dispositions’).

In Ch. 5.2 and 5.3 we examine two classes of time symmetric causal models with relatio­nal, contextual events, which we call (in some historical analogy to McTaggart’s A- and B-series) A-model and B-model, the former being indeterministic with the stochastic collap­se, and the latter deterministic without any real collapse, with two sets of independent, actu­al boundary conditions (in the past and in the future). A concrete A-model is proposed with a two-tier or two-phase ontology for a H-basis: a highly time-symmetric physical regime of virtual processes, which seems to obey the purification principle; a low-symmetric regime as the 'growing’ (time asymmetric) spacetime causal network; and a collapse construed analogically to the spontaneous symmetry breaking or a kind of a phase transition between them. It is argued that virtual processes in time, in particular entanglement in time and inter­ference in time, should in general be taken seriously as real and physically effective in fun­damental ontology (i.e. everything which is allowed by time symmetry must physically occur in reality, but virtually), not as a 'thin’ formal artifact of the perturbative method in quantum field theory. It is also stressed that they shoudn’t be misconceived as classical, separable possibilities demarcated from actual states of affairs, since the virtual phase, due to ontic contextuality, is always physically, inextricably coupled to the spacetime (actual] phase of the growing causal network (i.e. no actuality without coupled virtuality of the field emissions and absorptions].

We highlight how amplitudes of these time symmetric processes (fields] generate a qua­dratic form of the Born rule and the Kirkwood-Dirac quasiprobability, thus a quantum pro­babilistic measure in general, as well as negative conditional entropies for histories as a virtual resource for quantum work, not available for systems behaving classically. It is shown how ontic relationality of events in time, inducing also nonlocal effects in space, is a direct manifestation of virtual dynamics in such a model. Causal links (ontic 'glue’] in a quantum network of histories are possible thanks to the reality of entanglement as a consequence of the purification principle and the pre-spacetime, virtual resource (i.e. no emergent spacetime without real entanglement). We insist that there should be only one global resource of such a kind, common to both local and nonlocal effects, because of the empirically confirmed quantum monogamy between local contextuality and nonlocal correlations. Hence, contrary to common opinion based on spatial preference, nonseparability is not a threat to spacetime order, but its ontological prerequisite. Causation is defined not as a process between indivi­dual systems endowed with dispositions in spacetime, but rather as a pre-spacetime process of the symmetry breaking, producing the emergent causal order of actual events, thus as directly linked to the stochastic collapse, which induces time asymmetric, purely local growth of the network. It is also demonstrated how the .4-model explains rather naturally all the 'causal pathologies’ (i]-(v], while the quantum liar paradox is not a paradox at all due to two-tier physics (in analogy with a solution of the semantic liar paradox] and nontrivial causal topology. Both weak values, and negative conditional entropies are then realistically interpreted in a H-basis as physical parameters of the quantum causal geometry of histories in time, as well as physical indicators of the virtual time symmetry of quantum (generalized] causation.

We question the plausibility of the deterministic, one-tier (one-phase] B-model as re­producing the basic structure of AAS and GCS without ontic causation, with the only inte­resting modification of having robustly relational events, which obey the principle of relativi­ty. It is argued that the B-model needs cosmological fine-tuning, which only doubles the standard problems with the initial fine-tuning in cosmology. In fact, we suggest, in line with Wood and Spekkens (2015], that every retrocausal one-tier model must suffer from fine- tuning for its unique causal network. The B-model is not even retrocausal, since nothing really happens causally in the case of a single determined quantum history without real physical collapses (exactly as in Bohmian mechanics], hence 'causation’ here is only fapon de parler (doesn’t have any ontological meaning]. Moreover, it treats the principles of no­cloning, no-deleting, no-disturbing etc., which we take as fundamental, as purely thermody­namical in origin.

We advance the thesis that a viable option for a causal realist-dispositionalist, who re­cognizes the ontic contextuality and (i]-(v], seems to be the A-model with primitive (not anchored in the spatio-temporal objects], time-symmetric causal powers. It is proposed that quantum causal powers might be seen as physically equivalent to the fields of the time- symmetric virtual processes, hence inextricably linked to real interference and entanglement in time. They differ drastically from the ontologically weak, classical possibilities (a tautolo­gical 'what is possible, is only possible to occur’] for they are much stronger as defined by the contingent rule for the Universe assumed to be asymptotically an effective perfect absorber: 'what is physically allowed under time symmetry (quantum emissions, absorptions and their compositions], must effectively occur in reality, but virtually’. The latter is, in fact, also the source of entanglement of compound systems as a virtual dynamics manifesting in spacetime in their actual correlations. Thus, we present an idea of time-symmetric quantum powers as an ontological upshot of the topological contextuality of histories, provided that one accepts the two-tier ontology (or two-phase physics, with the virtual/pre-spacetime and the actu- al/spacetime causal network regimes] enriched with some physical transition between them, which spontaneously generates the spacetime causal network. Our thesis is that ontic contextuality (general nonseparability] and ontic randomness are not hostile to quantum causation. On the contrary, they seem closely connected, almost like two sides of one coin, in stark contrast to classical physics where noncontextuality (general separability] and deter­minism enable strict causal eliminativism.

Woszczek_Summary

[/tab]
[/tabs]