Bell-tétel szerepe a kvantumfizikában

A Bell tételét John Stewart Bell (1928-1990) ír fizikus dolgozta ki annak vizsgálata céljából, hogy a részecskék kapcsolódnak-e vagy sem. kvantum összefonódás az információ továbbítása gyorsabb, mint a fény sebessége. Pontosabban, a tétel azt mondja, hogy a lokális rejtett változók egyetlen elmélete sem tudja figyelembe venni a kvantummechanika összes előrejelzését. Bell ezt a tételt Bell egyenlőtlenségek létrehozásával bizonyítja, amelyeket a kísérletek szerint megsértenek kvantumfizikai rendszerek, ezáltal bizonyítva, hogy a helyi rejtett változók elméleteinek központi eleme legyen hamis. Az esés, amely általában esik, a helység - az az elképzelés, hogy a fizikai hatások nem mozognak gyorsabban, mint afénysebesség.

Olyan helyzetben, ahol ketten van részecskéket, A és B, amelyek kvantum-összekapcsolódással kapcsolódnak egymáshoz, majd A és B tulajdonságai korrelálnak. Például az A spinje lehet 1/2 és a pörgés B értéke -1/2 lehet, vagy fordítva. Kvantumfizika azt mondja nekünk, hogy amíg nem végeznek mérést, ezek a részecskék a lehetséges állapotok szuperpozíciójában vannak. Az A spinje egyaránt 1/2 és -1/2. (Lásd a

Ha azonban megmérte az A spinjét, akkor biztosan tudja a B spinjének értékét anélkül, hogy valaha közvetlenül meg kellene mérnie. (Ha A centrifugálása 1/2, akkor B Spin-nek -1/2-nek kell lennie. Ha A-nak centrifugálása -1/2, akkor B-nek a spinnek 1/2-nek kell lennie. Nincs más alternatíva.) A Bell-tétel középpontjában álló rejtvény az, hogy az információ hogyan kerül továbbításra az A részecskétől a B részecskéhez.

John Stewart Bell eredetileg a Bell-tétel ötletét javasolta 1964-ben "Az Einstein Podolsky Rosen paradoxonján"" Az elemzésében a Bell-egyenlőtlenségeknek nevezett képleteket származtatta, amelyek valószínűségi kijelentések arról, hogy a spin milyen gyakran az A és a B részecskéknek korrelálniuk kell egymással, ha a normális valószínűség (szemben a kvantum összefonódással) dolgozó. Ezeket a Bell-egyenlőtlenségeket megsértik a kvantumfizikai kísérletek, ami azt jelenti, hogy az egyik alapvető feltételezése hamisnak kellett lennie, és csak két feltételezés volt a számlának megfelelő - akár fizikai valóság, akár helység volt hiányában.

Ha megérti, mit jelent ez, térjen vissza a fent leírt kísérlethez. Megmérjük az A részecske spinjét. Két helyzet lehet az eredmény: vagy a B részecskének azonnal az ellenkező centrifugája van, vagy a B részecske továbbra is az állatok szuperpozíciójában van.

Ha az A részecske mérése azonnal befolyásolja a B részecskét, akkor ez azt jelenti, hogy megsértik a lokalitás feltételezését. Más szavakkal, valahogy egy "üzenet" azonnal eljut az A részecskétől a B részecskéig, annak ellenére, hogy nagy távolságra lehet őket elválasztani. Ez azt jelentené, hogy a kvantummechanika megjeleníti a nem lokalitás tulajdonságait.

Ha ez a pillanatnyi "üzenet" (azaz nem lokalitás) nem történik meg, akkor az egyetlen másik lehetőség az, hogy a B részecske még mindig állapotokban van. A B részecske spinjének mérése tehát teljesen független az A részecske mérésétől, és a Bell-egyenlőtlenségek az annak az időnek a százalékát képviselik, amikor az A és B spinjeit ebben a helyzetben korrelálni kell.

A kísérletek elsősorban azt mutatták, hogy a Bell-egyenlőtlenségeket megsértik. Ennek az eredménynek a leggyakoribb értelmezése az, hogy az A és B közötti "üzenet" azonnali. (Alternatív megoldásként a B spinjének fizikai valóságát érvényteleníteni lehetne.) Ezért úgy tűnik, hogy a kvantummechanika nem lokalitást mutat.

Jegyzet: Ez a nem lokalitás a kvantummechanikában csak a két részecske között összefonódó specifikus információkra vonatkozik - a fenti példában a spinre. Az A mérése nem használható bármilyen egyéb információ azonnali továbbítására a B-re nagy távolságok, és a B-t megfigyelő senki sem képes önállóan megmondani, hogy A volt-e vagy sem mérni. A tisztelt fizikusok legtöbb értelmezése szerint ez nem teszi lehetővé a fénysebességnél gyorsabb kommunikációt.