Role Bellovy věty v kvantové fyzice

Bellův teorém byl navržen irským fyzikem Johnem Stewartem Bellem (1928-1990) jako prostředek k testování, zda částice jsou prostřednictvím Kvantové zapletení komunikovat informace rychleji než rychlost světla. Věta konkrétně říká, že žádná teorie lokálních skrytých proměnných nemůže odpovídat za všechny předpovědi kvantové mechaniky. Bell tuto teorém prokazuje vytvořením Belliných nerovností, u nichž se experimentem ukázalo, že byly porušeny Kvantové fyzikální systémy, což dokazuje, že v centru lokálních teorií skrytých proměnných musí být nějaký nápad Nepravdivé. Vlastnost, která obvykle spadá, je lokalita - myšlenka, že žádné fyzické efekty se nepohybují rychleji nežrychlost světla.

V situaci, kdy máte dva částice, A a B, které jsou spojeny kvantovým zapletením, pak vlastnosti A a B jsou korelovány. Například rotace A může být 1/2 a točit B může být -1/2, nebo naopak. Kvantová fyzika říká, že dokud není provedeno měření, jsou tyto částice v superpozici možných stavů. Otáčení A je 1/2 i -1/2. (Viz náš článek o

Jakmile však změříte rotaci A, víte jistě hodnotu B rotace, aniž byste ji museli přímo měřit. (Pokud má A rotaci 1/2, pak rotace B musí být -1/2. Pokud má A rotaci -1/2, pak B rotace musí být 1/2. Neexistují žádné jiné alternativy.) Hádankou v srdci Bellovy věty je to, jak se tyto informace sdělují z částice A do částice B.

John Stewart Bell původně navrhoval myšlenku pro Bellovu teorém v jeho 1964 papíru “Na paradoxu Einstein Podolsky Rosen"Ve své analýze odvodil vzorce nazývané Bellské nerovnosti, což jsou pravděpodobnostní tvrzení o tom, jak často se točí částice A a částice B by měly spolu korelovat, pokud by byla normální pravděpodobnost (na rozdíl od kvantového zapletení) pracovní. Tyto Bellovy nerovnosti jsou narušeny kvantovými fyzikálními experimenty, což znamená, že jeden z jeho základních předpokladů musely být nepravdivé a existovaly pouze dva předpoklady, které vyhovovaly návrhu zákona - buď fyzická realita nebo lokalita byla selhání.

Chcete-li pochopit, co to znamená, přejděte zpět k výše popsanému experimentu. Měříte rotaci částic A. Mohou být výsledkem dvě situace - buď částice B má okamžitě opačné otočení, nebo částice B je stále v superpozici stavů.

Pokud je částice B bezprostředně ovlivněna měřením částice A, znamená to, že předpoklad lokality je narušen. Jinými slovy, nějakým způsobem se „zpráva“ dostala z částice A do částice B okamžitě, i když je lze oddělit velkou vzdáleností. To by znamenalo, že kvantová mechanika vykazuje vlastnost nelokality.

Pokud k této okamžité „zprávě“ (tj. Nelokalizaci) nedojde, pak jedinou další možností je, že částice B je stále v superpozici stavů. Měření rotace částic B by proto mělo být zcela nezávislé na měření částic A a Bellova nerovnost představuje procento času, kdy by měla být rotace A a B v této situaci korelována.

Experimenty drtivě ukázaly, že Bellovy nerovnosti jsou porušeny. Nejběžnější interpretací tohoto výsledku je, že „zpráva“ mezi A a B je okamžitá. (Alternativou by bylo zneplatnit fyzickou realitu spinu B.) Zdá se tedy, že kvantová mechanika vykazuje nealokalizaci.

Poznámka: Tato nelokalita v kvantové mechanice se vztahuje pouze ke specifickým informacím, které jsou zapleteny mezi dvěma částicemi - spinem ve výše uvedeném příkladu. Měření A nelze použít k okamžitému přenosu jakýchkoli jiných informací do B na velké vzdálenosti a nikdo, kdo pozoroval B, nebude schopen nezávisle zjistit, zda A byl nebo nebyl měřeno. Podle drtivé většiny interpretací uznávaných fyziků to neumožňuje komunikaci rychleji než rychlost světla.