Rollen til Bells teorem i kvantefysikk

Bells teorem ble utarbeidet av den irske fysikeren John Stewart Bell (1928-1990) som et middel til å teste om partikler koblet gjennom eller ikke kvanteforviklinger kommunisere informasjon raskere enn lysets hastighet. Spesielt sier teoremet at ingen teori om lokale skjulte variabler kan gjøre rede for alle spådommene til kvantemekanikk. Bell beviser dette teoremet gjennom opprettelsen av Bell-ulikheter, som er vist ved eksperiment å bli krenket i kvantefysikksystemer, og dermed bevise at en ide i hjertet av lokale skjulte variabeltororier må være falsk. Eiendommen som vanligvis tar høsten er lokalitet - ideen om at ingen fysiske effekter beveger seg raskere ennlysets hastighet.

I en situasjon hvor du har to partikler, A og B, som er forbundet gjennom kvanteforvikling, så er egenskapene til A og B korrelert. For eksempel kan spinnet til A være 1/2 og snurre rundt av B kan være -1/2, eller omvendt. Kvantefysikk forteller oss at inntil en måling er disse partiklene i en superposisjon av mulige tilstander. Spinnet til A er både 1/2 og -1/2. (Se vår artikkel om

Når du først måler spinnet til A, vet du med sikkerhet verdien av B-spinnet uten å måtte måle det direkte. (Hvis A har spinn 1/2, må B's spinn være -1/2. Hvis A har spinn -1/2, må Bs spinn være 1/2. Det er ingen andre alternativer.) Gåten som er kjernen i Bell's Theorem er hvordan denne informasjonen formidles fra partikkel A til partikkel B.

John Stewart Bell foreslo opprinnelig ideen til Bells teorem i hans papir fra 1964 "På Einstein Podolsky Rosen-paradokset. "I sin analyse avledet han formler kalt Bell-ulikhetene, som er sannsynlighetsutsagn om hvor ofte spinnet av partikkel A og partikkel B skulle korrelere med hverandre hvis normal sannsynlighet (i motsetning til kvanteforvikling) arbeider. Disse Bell-ulikhetene krenkes av kvantefysikkeksperimenter, noe som betyr at en av hans grunnleggende forutsetninger måtte være usanne, og det var bare to forutsetninger som passet på regningen - enten fysisk virkelighet eller lokalitet var mislykkes.

Gå tilbake til eksperimentet beskrevet ovenfor for å forstå hva dette betyr. Du måler partikkel As spinn. Det er to situasjoner som kan være resultatet - enten har partikkel B umiddelbart motsatt spinn, eller så er partikkel B fremdeles i en superposisjon av tilstander.

Hvis partikkel B påvirkes umiddelbart av målingen av partikkel A, betyr dette at antakelsen om lokalitet blir krenket. Med andre ord, en eller annen måte fikk en "melding" fra partikkel A til partikkel B øyeblikkelig, selv om de kan skilles med stor avstand. Dette vil bety at kvantemekanikk viser eiendommen til ikke-lokaliteten.

Hvis denne øyeblikkelige "meldingen" (dvs. ikke lokalitet) ikke finner sted, er det eneste andre alternativet at partikkel B fremdeles er i en superposisjon av stater. Målingen av partikkel Bs spinn bør derfor være helt uavhengig av målingen av partikkel A, og Ulikhetene i klokken representerer prosentandelen av tiden da spinnene til A og B skal korreleres i denne situasjonen.

Eksperimenter har overveldende vist at ulikhetene i Bell er krenket. Den vanligste tolkningen av dette resultatet er at "meldingen" mellom A og B er øyeblikkelig. (Alternativet vil være å ugyldiggjøre den fysiske virkeligheten i B-spinnet.) Derfor ser det ut til at kvantemekanikk viser ikke-lokalitet.

Merk: Denne ikke-lokaliteten i kvantemekanikk relaterer seg bare til den spesifikke informasjonen som er viklet inn mellom de to partiklene - spinnet i eksemplet ovenfor. Målingen av A kan ikke brukes til å umiddelbart overføre noen form for annen informasjon til B på store avstander, og ingen som observerer B vil kunne fortelle uavhengig om A var det eller ikke målt. Under de aller fleste tolkninger fra respekterte fysikere tillater dette ikke kommunikasjon raskere enn lysets hastighet.