Bellas teorēmas loma kvantu fizikā

Bella teorēmu izstrādāja īru fiziķis Džons Stjuarts Bells (1928-1990) kā līdzekli, lai pārbaudītu, vai daļiņas, kas savienotas caur kvantu sapīšanās komunicēt informāciju ātrāk nekā gaismas ātrumā. Konkrēti, teorēma saka, ka neviena vietējo slēpto mainīgo teorija nevar ņemt vērā visas kvantu mehānikas prognozes. Bell šo teorēmu pierāda, izveidojot Bell nevienādības, kuras, izmantojot eksperimentu, tiek pārkāptas kvantu fizikas sistēmas, tādējādi pierādot, ka vietējai slēpto mainīgo teoriju pamatā jābūt kādai idejai viltus. Īpašums, kas parasti notiek kritienā, ir lokalitāte - ideja, ka fiziski efekti nepārvietojas ātrāk nekāgaismas ātrums.

Situācijā, kad jums ir divi daļiņas, A un B, kas ir savienoti caur kvantu iesaisti, tad A un B īpašības ir savstarpēji saistītas. Piemēram, A griešanās var būt 1/2 un spin no B var būt -1/2, vai otrādi. Kvantu fizika stāsta, ka līdz brīdim, kad tiek veikts mērījums, šīs daļiņas atrodas iespējamo stāvokļu superpozīcijā. A griešanās ir gan 1/2, gan -1/2. (Skatiet mūsu rakstu par

Tomēr, izmērot A griezienu, jūs noteikti zināt B grieziena vērtību, un jums tas nekad nav jāmēra tieši. (Ja A spin ir 1/2, tad B spin ir jābūt -1/2. Ja A ir spin -1/2, tad B spin ir jābūt 1/2. Citu alternatīvu nav.) Mīkla Bellas teorēmas pamatā ir tas, kā šī informācija tiek nodota no A daļiņas līdz B daļiņai.

Džons Stjuarts Bels sākotnēji ierosināja Bellas teorēmas ideju savā 1964. gada rakstā "Par Einšteina Podolsky Rosen paradoksu. "Savā analīzē viņš atvasināja formulas, ko sauc par Bello nevienlīdzību, kas ir varbūtības apgalvojumi par to, cik bieži spin daļiņu A un B daļiņām vajadzētu savstarpēji korelēt, ja normāla varbūtība (pretstatā kvantu saķeršanai) būtu strādā. Šīs Bellas nevienlīdzības tiek pārkāptas ar kvantu fizikas eksperimentiem, kas nozīmē, ka viens no viņa pamata pieņēmumiem bija nepatiess, un bija tikai divi pieņēmumi, kas bija piemēroti rēķinam - vai nu fiziskā realitāte, vai lokalitāte neizdodas.

Lai saprastu, ko tas nozīmē, dodieties atpakaļ uz iepriekš aprakstīto eksperimentu. Jūs izmērāt daļiņas A griešanos. Rezultāts varētu būt divas situācijas - vai nu daļiņai B tūlīt ir pretējs grieziens, vai arī daļiņai B joprojām ir stāvokļu superpozīcija.

Ja daļiņu A mērīšana tūlīt ietekmē daļiņu B, tas nozīmē, ka tiek pārkāpts pieņēmums par lokalitāti. Citiem vārdiem sakot, kaut kā "ziņojums" no daļiņas A līdz daļiņai B nokļuva acumirklī, kaut arī tās var atdalīt ar lielu attālumu. Tas nozīmētu, ka kvantu mehānika parāda ne lokalitātes īpašības.

Ja šī acumirklīgā "ziņa" (t.i., lokalitāte) nenotiek, tad vienīgais variants ir tas, ka daļiņa B joprojām atrodas stāvokļu superpozīcijā. Tāpēc daļiņu B griešanās mērījumiem jābūt pilnīgi neatkarīgiem no daļiņu A mērījumiem, un Zvana nevienādības norāda procentus no laika, kad A un B griezieni šajā situācijā būtu jākorelē.

Eksperimenti ir pārliecinoši parādījuši, ka tiek pārkāpta Bell nevienlīdzība. Visizplatītākā šī rezultāta interpretācija ir tā, ka "ziņojums" starp A un B notiek uzreiz. (Alternatīva būtu B spin fiziskās realitātes anulēšana.) Tāpēc kvantu mehānika, šķiet, parāda lokalitāti.

Piezīme: Šī lokalitāte kvantu mehānikā attiecas tikai uz specifisko informāciju, kas ir sapinušies starp abām daļiņām - spin iepriekšminētajā piemērā. A mērījumu nevar izmantot, lai nekavējoties pārsūtītu jebkāda veida citu informāciju uz B plkst lieli attālumi, un neviens, kurš novēro B, nevarēs patstāvīgi pateikt, vai A bija vai nebija izmērīts. Lielākajā daļā cienījamo fiziķu interpretāciju tas neļauj sazināties ātrāk par gaismas ātrumu.