Tot ce trebuie să știi despre teorema lui Bell

Teorema lui Bell a fost concepută de fizicianul irlandez John Stewart Bell (1928-1990) ca un mijloc de a testa dacă particulele conectate sau nu prin îmbinarea cuantică comunică 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 ca fiind încălcate în sistemele de fizică cuantică, dovedind astfel că o idee din centrul teoriilor de variabile ascunse locale trebuie să fie falsă. Proprietatea care are de obicei toamna este localitatea - ideea că niciun efect fizic nu se mișcă mai repede decât viteza luminii.

Legatura cuantica

Într-o situație în care aveți două particule, A și B, care sunt conectate printr-o legătură cuantică, atunci proprietățile lui A și B sunt corelate. De exemplu, rotirea lui A poate fi 1/2 și rotirea lui B poate fi -1/2, sau invers. Fizica cuantică ne spune că până la efectuarea unei măsurători, aceste particule sunt într-o superpoziție a stărilor posibile. Învârtirea lui A este deopotrivă 1/2 și -1/2. (A se vedea articolul nostru despre experimentul lui Schroedinger Cat pentru mai multe despre această idee. Acest exemplu particular cu particule A și B este o variantă a paradoxului Einstein-Podolsky-Rosen, adesea numit paradoxul EPR.)

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, atunci 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.) Ghicitorul la inima teoremei lui Bell este modul în care informațiile respective sunt comunicate de la particulele A la particulele B.

clopot's Teorema la locul de muncă

John Stewart Bell a propus inițial ideea pentru Teorema lui Bell în lucrarea sa din 1964 „Cu privire la paradoxul lui Einstein Podolsky Rosen”. În analiza sa, el a derivat formule numite inegalități Bell, care sunt afirmații probabilistice despre cât de des ar trebui să se coreleze spinarea particulei A și a particulei B, dacă funcționează probabilitatea normală (spre deosebire de înțelegerea cuantică). Aceste inegalități ale lui Bell sunt încălcate prin experimente de fizică cuantică, ceea ce înseamnă că una dintre ipotezele sale de bază trebuia să fie falsă și existau doar două presupuneri care se potriveau facturii - fie realitatea fizică, fie localitatea nu reușea.

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 particulele B au imediat spinul opus, fie particula B se află 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 este 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 alt tip de informații la B la distanțe mari și nimeni care observă B nu va putea spune independent dacă A a fost sau nu măsurată. Sub marea majoritate a interpretărilor de către fizicieni respectați, acest lucru nu permite comunicarea mai rapid decât viteza luminii.