Rollen från Bells teorem i kvantfysik

Bell's Theorem togs upp av den irländska fysikern John Stewart Bell (1928-1990) som ett sätt att testa huruvida partiklar som är anslutna genom eller inte kvantsammanflätning kommunicera information snabbare än ljusets hastighet. Särskilt säger teoremet att ingen teori om lokala dolda variabler kan redogöra för alla förutsägelser om kvantmekanik. Bell bevisar detta teorem genom skapandet av Bell-ojämlikheter, som visar att experimentet kränks i kvantfysiksystem, vilket således bevisar att en idé i hjärtat av lokala dolda variabeltoror måste vara falsk. Egenskapen som vanligtvis tar hösten är lokalitet - idén att inga fysiska effekter rör sig snabbare änljusets hastighet.

I en situation där du har två partiklar, A och B, som är anslutna genom kvantförvirring, korreleras sedan egenskaperna hos A och B. Till exempel kan rotationen av A vara 1/2 och snurra av B kan vara -1/2, eller vice versa. Kvantfysik berättar för oss att tills en mätning har gjorts är dessa partiklar i en superposition av möjliga tillstånd. Rotationen av A är både 1/2 och -1/2. (Se vår artikel om

Men när du mäter snurret på A vet du säkert värdet på B: s snurr utan att någonsin behöva mäta det direkt. (Om A har snurra 1/2 måste B: s snurr vara -1/2. Om A har snurra -1/2, måste B: s snurr vara 1/2. Det finns inga andra alternativ.) Gåtan i hjärtat av Bell's Theorem är hur denna information kommuniceras från partikel A till partikel B.

John Stewart Bell föreslog ursprungligen idén till Bells sats i hans papper från 1964 "På Einstein Podolsky Rosen-paradoxen. "I sin analys härledde han formler som kallas Bell-ojämlikheterna, som är sannolika uttalanden om hur ofta snurret av partikel A och partikel B bör korrelera med varandra om normal sannolikhet (i motsats till kvantförvirring) var arbetssätt. Dessa Bell-ojämlikheter kränks av kvantfysikförsök, vilket innebär att en av hans grundläggande antaganden måste vara falskt, och det fanns bara två antaganden som passade räkningen - antingen fysisk verklighet eller lokalitet var brist.

Gå tillbaka till experimentet som beskrivs ovan för att förstå vad detta betyder. Du mäter partikel A: s snurr. Det finns två situationer som kan bli resultatet - antingen partikel B har omedelbart motsatt snurr, eller så är partikel B fortfarande i en superposition av tillstånd.

Om partikel B påverkas omedelbart av mätningen av partikel A, betyder detta att antagandet om lokalitet bryts. Med andra ord fick ett "meddelande" på något sätt från partikel A till partikel B direkt, även om de kan separeras med ett stort avstånd. Detta skulle innebära att kvantmekanik visar egenskapen för icke-lokalitet.

Om detta omedelbara "meddelande" (dvs icke-lokalitet) inte äger rum, är det enda andra alternativet att partikel B fortfarande befinner sig i en superposition av tillstånd. Mätningen av partikel B: s snurr bör därför vara helt oberoende av mätningen av partikel A, och skillnaderna i klockan representerar procenten av tiden då snurrarna för A och B bör korreleras i denna situation.

Experiment har överväldigande visat att skillnaderna i klockan kränks. Den vanligaste tolkningen av detta resultat är att "meddelandet" mellan A och B är omedelbart. (Alternativet skulle vara att ogiltiggöra den fysiska verkligheten i B: s snurr.) Därför verkar kvantmekanik visa icke-lokalitet.

Notera: Denna icke-lokalitet inom kvantmekanik hänför sig bara till den specifika information som är sammankopplad mellan de två partiklarna - snurret i exemplet ovan. Mätningen av A kan inte användas för att omedelbart överföra någon form av annan information till B vid stora avstånd, och ingen som observerar B kommer att kunna säga oberoende om A var eller inte mätt. Under de allra flesta tolkningar av respekterade fysiker tillåter detta inte kommunikation snabbare än ljusets hastighet.