Allt du behöver veta om Bells sats

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 kvantförvirring kommunicerar information snabbare än ljusets hastighet eller inte. 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 bevisar att någon 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 än ljusets hastighet.

Kvantsammanflätning

I en situation där du har två partiklar, A och B, som är anslutna genom kvantförvirring, korreleras egenskaperna hos A och B. Exempelvis kan rotationen av A vara 1/2 och vridningen av B kan vara -1/2, eller vice versa. Kvantfysiken berättar 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 Schroedinger's Cat-tankeexperiment för mer om denna idé. Detta specifika exempel med partiklar A och B är en variant av Einstein-Podolsky-Rosen-paradoxen, ofta kallad EPR-paradoxen.)

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.) Gåta vid hjärtat i Bell's Theorem är hur den informationen kommuniceras från partikel A till partikel B.

klocka's sats på jobbet

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

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 vridning, 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, på något sätt fick ett "meddelande" 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 på stora avstånd, och ingen som observerar B kommer att kunna säga oberoende om A mäts eller inte. Under de allra flesta tolkningar av respekterade fysiker tillåter detta inte kommunikation snabbare än ljusets hastighet.