Ролята на теоремата на Бел в квантовата физика

Теоремата на Бел е разработена от ирландския физик Джон Стюарт Бел (1928-1990) като средство за тестване дали частиците са свързани или не квантово заплитане предават информация по-бързо от скоростта на светлината. По-конкретно, теоремата казва, че никоя теория за локални скрити променливи не може да отчете всички прогнози на квантовата механика. Бел доказва тази теорема чрез създаването на неравенства на Бел, които са показани чрез експеримент, за да бъдат нарушени квантови физически системи, като по този начин се доказва, че някаква идея е в основата на локалните теории за скритите променливи невярно. Свойството, което обикновено отнема пада, е местността - идеята, че никакви физически ефекти не се движат по-бързо отскоростта на светлината.

В ситуация, в която имате двама частици, A и B, които са свързани чрез квантово заплитане, тогава свойствата на A и B са свързани. Например, въртенето на A може да бъде 1/2 и the въртене от B може да бъде -1/2, или обратното. Квантова физика

Въпреки това, след като измерите въртенето на A, със сигурност знаете стойността на въртенето на B, без изобщо да се налага да го измервате директно. (Ако A има спин 1/2, тогава спинът на B трябва да бъде -1/2. Ако A има спин -1/2, тогава спинът на B трябва да бъде 1/2. Няма други алтернативи.) Загадката в основата на теоремата на Бел е как тази информация се предава от частица А в частица Б.

Джон Стюарт Бел първоначално е предложил идеята за теоремата на Бел в своята книга от 1964 г. "На парадокса на Айнщайн Подолски Росен. "В своя анализ той извежда формули, наречени неравенства на Бел, които са вероятностни твърдения за това колко често се върти на частица А и частица В трябва да са в съответствие помежду си, ако нормалната вероятност (за разлика от квантовото заплитане) е работи. Тези неравенства на Бел са нарушени от експериментите на квантовата физика, което означава, че едно от основните му предположения трябваше да бъде невярно и имаше само две предположения, които отговарят на сметката - или физическа реалност, или локалност неуспешен.

За да разберете какво означава това, върнете се към описания по-горе експеримент. Измервате въртенето на частица А. Има две ситуации, които могат да бъдат резултат - или частица В веднага има обратното завъртане, или частица В все още е в суперпозиция на състояния.

Ако частицата В се повлияе веднага от измерването на частица А, това означава, че предположението за локалност е нарушено. С други думи, някакво „съобщение“ стигна от частица А до частица Б мигновено, въпреки че те могат да бъдат разделени на голямо разстояние. Това би означавало, че квантовата механика показва свойството на не локалност.

Ако това мигновено „съобщение“ (т.е. не-локалност) не се осъществи, тогава единственият друг вариант е, че частица В все още е в суперпозиция на състояния. Следователно измерването на въртенето на частица В трябва да бъде напълно независимо от измерването на частица А и неравенствата на Бел представляват процента от времето, когато завъртанията на A и B трябва да бъдат свързани в тази ситуация.

Експериментите преобладаващо показват, че неравенствата на Бел са нарушени. Най-честото тълкуване на този резултат е, че „посланието“ между А и Б е моментално. (Алтернативата би била да обезсили физическата реалност на въртенето на В.) Следователно, квантовата механика изглежда показва не локалност.

Забележка: Тази не локалност в квантовата механика се свързва само с конкретната информация, която е оплетена между двете частици - въртенето в горния пример. Измерването на A не може да се използва за незабавно предаване на всякаква друга информация на B at големи разстояния и никой, който наблюдава Б, няма да може да каже независимо дали А е бил или не измерено. При по-голямата част от интерпретациите на уважавани физици това не позволява комуникация по-бърза от скоростта на светлината.