Rolul teoremei lui Bell în fizica cuantică

Teorema lui Bell a fost concepută de fizicianul irlandez John Stewart Bell (1928-1990) ca un mijloc de a testa dacă particulele legate sau nu prin legatura cuantica comunica informații mai repede decât viteza luminii. Mai exact, teorema spune că nicio teorie a variabilelor locale ascunse nu poate contabiliza toate predicțiile mecanicii cuantice. Bell dovedește această teoremă prin crearea inegalităților Bell, care sunt arătate prin experiment să fie încălcate în sisteme de fizică cuantică, dovedind astfel că trebuie să fie o idee din centrul teoriilor locale ale variabilelor ascunse fals. Proprietatea care are de obicei toamna este localitatea - ideea că niciun efect fizic nu se mișcă mai rapid decâtviteza luminii.

Într-o situație în care aveți doi particule, A și B, care sunt conectate prin înțelegerea cuantică, atunci proprietățile lui A și B sunt corelate. De exemplu, rotirea lui A poate fi 1/2 și a învârti de B poate fi -1/2, sau invers. Fizică cuantică ne spune că până când se face o măsurare, aceste particule se află într-o superpoziție a stărilor posibile. Spinul lui A este atât 1/2 cât și -1/2. (Vezi articolul nostru despre

Cu toate acestea, odată ce măsurați rotirea lui A, cunoașteți cu siguranță valoarea spinului lui B fără a fi nevoie să o măsurați direct. (Dacă A are rotirea 1/2, spinul lui B trebuie să fie -1/2. Dacă A are rotirea -1/2, spinul lui B trebuie să fie 1/2. Nu există alte alternative.) Ghicitoriul din inima teoremei lui Bell este modul în care informațiile respective sunt comunicate de la particula A la particula B.

John Stewart Bell a propus inițial ideea pentru Teorema lui Bell în lucrarea sa din 1964 "Pe paradoxul lui Einstein Podolsky Rosen"În analiza sa, el a derivat formule numite inegalități Bell, care sunt afirmații probabilistice despre cât de des rotirea a particulei A și a particulei B ar trebui să se coreleze între ele dacă probabilitatea normală (spre deosebire de înțelegerea cuantică) ar fi lucru. Aceste inegalități Bell sunt încălcate prin experimente de fizică cuantică, ceea ce înseamnă că una dintre presupunerile sale de bază trebuia să fie falsă și existau doar două presupuneri care se potrivesc facturii - fie realitatea fizică, fie localitatea era în caz contrar.

Pentru a înțelege ce înseamnă acest lucru, reveniți la experimentul descris mai sus. Măsoară spinul particulei A. Există două situații care ar putea fi rezultatul - fie particula B are imediat spinul opus, fie particula B este încă într-o superpoziție de stări.

Dacă particula B este afectată imediat de măsurarea particulei A, atunci aceasta înseamnă că presupunerea localității este încălcată. Cu alte cuvinte, cumva un „mesaj” a ajuns de la particula A la particula B instantaneu, chiar dacă acestea pot fi separate printr-o distanță mare. Aceasta ar însemna că mecanica cuantică afișează proprietatea non-localității.

Dacă acest „mesaj” instantaneu (adică non-localitate) nu are loc, atunci singura altă opțiune este aceea că particula B se află încă într-o superpoziție de stări. Măsurarea spinului particulei B ar trebui, prin urmare, să fie complet independentă de măsurarea particulei A și inegalitățile Bell reprezintă procentul din timp în care rotirile lui A și B trebuie corelate în această situație.

Experimentele au arătat copleșitor că inegalitățile Bell sunt încălcate. Cea mai comună interpretare a acestui rezultat este aceea că „mesajul” dintre A și B este instantaneu. (Alternativa ar fi să invalideze realitatea fizică a spinului lui B.) Prin urmare, mecanica cuantică pare să afle non-localitate.

Notă: Această non-localitate în mecanica cuantică se referă doar la informațiile specifice care sunt încurcate între cele două particule - spinul din exemplul de mai sus. Măsurarea lui A nu poate fi utilizată pentru a transmite instantaneu orice fel de alte informații către B at distanțe mari și nimeni care nu îl va observa pe B nu va putea spune independent dacă a fost sau nu A măsurat. Sub marea majoritate a interpretărilor de către fizicieni respectați, acest lucru nu permite comunicarea mai rapid decât viteza luminii.