Tutto ciò che devi sapere sul teorema di Bell

Il teorema di Bell è stato ideato dal fisico irlandese John Stewart Bell (1928-1990) come mezzo per testare se le particelle collegate attraverso l'entanglement quantico comunicano o meno informazioni più veloci della velocità della luce. In particolare, il teorema afferma che nessuna teoria delle variabili locali nascoste può spiegare tutte le previsioni della meccanica quantistica. Bell dimostra questo teorema attraverso la creazione di disuguaglianze di Bell, che vengono dimostrate dagli esperimenti come violate nei sistemi di fisica quantistica, dimostrando così che alcune idee alla base delle teorie delle variabili nascoste locali devono essere false. La proprietà che di solito prende la caduta è la località - l'idea che nessun effetto fisico si muova più velocemente della velocità della luce.

Entanglement quantistico

In una situazione in cui hai due particelle, A e B, che sono collegate attraverso l'entanglement quantistico, allora le proprietà di A e B sono correlate. Ad esempio, la rotazione di A può essere 1/2 e la rotazione di B può essere -1/2, o viceversa. La fisica quantistica ci dice che fino a quando non viene effettuata una misurazione, queste particelle sono in una sovrapposizione di stati possibili. La rotazione di A è sia 1/2 che -1/2. (Vedi il nostro articolo sull'esperimento di pensiero del gatto di Schroedinger per ulteriori informazioni su questa idea. Questo esempio particolare con particelle A e B è una variante del paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen, spesso chiamato paradosso EPR.)

Tuttavia, una volta misurato lo spin di A, si conosce con certezza il valore dello spin di B senza mai doverlo misurare direttamente. (Se A ha un giro di 1/2, allora il giro di B deve essere -1/2. Se A ha un giro di -1/2, allora il giro di B deve essere 1/2. Non ci sono altre alternative.) L'enigma al Il cuore del teorema di Bell è il modo in cui tali informazioni vengono comunicate dalla particella A alla particella B.

campana's Teorema sul lavoro

John Stewart Bell originariamente propose l'idea del teorema di Bell nel suo articolo del 1964 "Sul paradosso di Rosins Podolsky di Einstein". Nella sua analisi, ha derivato formule chiamate disuguaglianze di Bell, che sono affermazioni probabilistiche sulla frequenza con cui lo spin della particella A e della particella B dovrebbero correlarsi tra loro se funzionasse la normale probabilità (al contrario dell'entanglement quantistico). Queste disuguaglianze di Bell sono violate da esperimenti di fisica quantistica, il che significa che una delle sue assunzioni di base doveva essere falsa, e c'erano solo due assunzioni che si adattavano al conto: o la realtà fisica o la località stavano fallendo.

Per capire cosa significhi, torna all'esperimento sopra descritto. Misuri lo spin della particella A. Ci sono due situazioni che potrebbero essere il risultato: o la particella B ha immediatamente la rotazione opposta o la particella B è ancora in una sovrapposizione di stati.

Se la particella B viene influenzata immediatamente dalla misurazione della particella A, ciò significa che l'assunzione della località viene violata. In altre parole, in qualche modo un "messaggio" ha ricevuto istantaneamente dalla particella A alla particella B, anche se possono essere separati da una grande distanza. Ciò significherebbe che la meccanica quantistica mostra la proprietà della non località.

Se questo "messaggio" istantaneo (cioè non località) non ha luogo, l'unica altra opzione è che la particella B sia ancora in una sovrapposizione di stati. La misurazione della rotazione della particella B dovrebbe pertanto essere completamente indipendente dalla misurazione della particella A e le disuguaglianze di Bell rappresentano la percentuale del tempo in cui gli spin di A e B dovrebbero essere correlati in questa situazione.

Gli esperimenti hanno dimostrato in modo schiacciante che le disuguaglianze di Bell sono violate. L'interpretazione più comune di questo risultato è che il "messaggio" tra A e B è istantaneo. (L'alternativa sarebbe invalidare la realtà fisica dello spin di B.) Pertanto, la meccanica quantistica sembra mostrare non località.

Nota: Questa non-località nella meccanica quantistica si riferisce solo alle informazioni specifiche che sono intrecciate tra le due particelle - lo spin nell'esempio sopra. La misurazione di A non può essere utilizzata per trasmettere istantaneamente qualsiasi tipo di altra informazione a B a grandi distanze, e nessuno osservando B sarà in grado di dire indipendentemente se A è stata misurata o meno. Sotto la stragrande maggioranza delle interpretazioni di fisici rispettati, ciò non consente la comunicazione più veloce della velocità della luce.