Роль теоремы Белла в квантовой физике

Теорема Белла была разработана ирландским физиком Джоном Стюартом Беллом (1928-1990) для проверки того, связаны ли частицы через квантовая запутанность передавать информацию быстрее, чем скорость света. В частности, в теореме говорится, что никакая теория локальных скрытых переменных не может объяснить все предсказания квантовой механики. Белл доказывает эту теорему путем создания неравенств Белла, которые, как показывает эксперимент, нарушаются в системы квантовой физики, доказывая тем самым, что некоторая идея в основе локальных теорий скрытых переменных должна быть ложный. Свойство, которое обычно принимает падение - это местность - идея, что никакие физические эффекты не движутся быстрее, чемскорость света.

В ситуации, когда у вас есть два частицы, A и B, которые связаны через квантовую запутанность, то свойства A и B коррелируют. Например, спин А может быть 1/2, а вращение из B может быть -1/2, или наоборот. Квантовая физика говорит нам, что до измерения эти частицы находятся в суперпозиции возможных состояний. Спин А составляет 1/2 и -1/2. (Смотрите нашу статью о

Однако, как только вы измерите вращение A, вы точно знаете значение вращения B без необходимости его непосредственного измерения. (Если A имеет вращение 1/2, то вращение B должно быть -1/2. Если A имеет вращение -1/2, то вращение B должно быть 1/2. Других альтернатив нет.) Загадка, лежащая в основе теоремы Белла, заключается в том, как эта информация передается от частицы А к частице В.

Джон Стюарт Белл первоначально предложил идею теоремы Белла в своей статье 1964 года "О парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена«В своем анализе он вывел формулы, называемые неравенствами Белла, которые являются вероятностными утверждениями о том, как часто вращается частицы A и B должны коррелировать друг с другом, если нормальная вероятность (в отличие от квантовой запутанности) работает. Эти неравенства Белла нарушаются экспериментами по квантовой физике, что означает, что одно из его основных предположений должен был быть ложным, и было только два предположения, которые отвечают всем требованиям - либо физическая реальность, либо местность была терпит неудачу.

Чтобы понять, что это значит, вернитесь к эксперименту, описанному выше. Вы измеряете вращение частицы А. В результате могут возникнуть две ситуации: либо частица B сразу же имеет противоположный спин, либо частица B все еще находится в суперпозиции состояний.

Если на частицу B немедленно воздействует измерение частицы A, то это означает, что предположение о локальности нарушается. Другими словами, каким-то образом «сообщение» попало от частицы A к частице B мгновенно, даже если они могут быть разделены большим расстоянием. Это будет означать, что квантовая механика проявляет свойство нелокальности.

Если это мгновенное «сообщение» (то есть нелокальность) не имеет места, тогда единственный другой вариант - это то, что частица B все еще находится в суперпозиции состояний. Следовательно, измерение спина частицы B должно быть полностью независимым от измерения частицы A, и неравенства Белла представляют собой процент времени, когда спины A и B должны коррелироваться в этой ситуации.

Эксперименты в подавляющем большинстве показали, что неравенства Белла нарушаются. Наиболее распространенная интерпретация этого результата состоит в том, что «сообщение» между A и B является мгновенным. (Альтернативой было бы сделать недействительной физическую реальность вращения Б.). Следовательно, квантовая механика, кажется, демонстрирует нелокальность.

Замечания: Эта нелокальность в квантовой механике относится только к конкретной информации, которая запутывается между двумя частицами - спин в приведенном выше примере. Измерение A не может использоваться для мгновенной передачи любой другой информации в B при большие расстояния, и никто, наблюдающий B, не сможет независимо определить, был ли A измеряется. Согласно подавляющему большинству интерпретаций уважаемых физиков, это не позволяет общаться быстрее скорости света.