Der Satz von Bell wurde vom irischen Physiker John Stewart Bell (1928-1990) entwickelt, um zu testen, ob Teilchen durch ihn verbunden sind oder nicht Quantenverschränkung Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit kommunizieren. Insbesondere besagt der Satz, dass keine Theorie lokaler versteckter Variablen alle Vorhersagen der Quantenmechanik erklären kann. Bell beweist diesen Satz durch die Schaffung von Bell-Ungleichungen, bei denen experimentell gezeigt wird, dass sie verletzt werden quantenphysikalische Systeme, was beweist, dass eine Idee im Herzen lokaler Theorien über versteckte Variablen sein muss falsch. Die Eigenschaft, die normalerweise den Fall nimmt, ist die Lokalität - die Idee, dass sich keine physischen Effekte schneller bewegen als dieLichtgeschwindigkeit.
Quantenverschränkung
In einer Situation, in der Sie zwei haben Partikel, A und B, die durch Quantenverschränkung verbunden sind, dann werden die Eigenschaften von A und B korreliert. Zum Beispiel kann der Spin von A 1/2 und der sein
rotieren von B kann -1/2 sein oder umgekehrt. Quantenphysik sagt uns, dass sich diese Partikel bis zu einer Messung in einer Überlagerung möglicher Zustände befinden. Der Spin von A ist sowohl 1/2 als auch -1/2. (Siehe unseren Artikel auf der Schrödingers Katze Gedankenexperiment für mehr über diese Idee. Dieses spezielle Beispiel mit den Partikeln A und B ist eine Variante des Einstein-Podolsky-Rosen-Paradoxons, das oft als das bezeichnet wird EPR-Paradoxon.)Sobald Sie jedoch den Spin von A messen, wissen Sie sicher, welchen Wert der Spin von B hat, ohne ihn jemals direkt messen zu müssen. (Wenn A Spin 1/2 hat, muss der Spin von B -1/2 sein. Wenn A den Spin -1/2 hat, muss der Spin von B 1/2 sein. Es gibt keine anderen Alternativen.) Das Rätsel im Herzen von Bell's Theorem ist, wie diese Informationen von Partikel A zu Partikel B übertragen werden.
Bell's Theorem bei der Arbeit
John Stewart Bell schlug die Idee für Bell's Theorem ursprünglich in seiner Arbeit von 1964 vor. "Über das Einstein Podolsky Rosen Paradoxon"In seiner Analyse leitete er Formeln ab, die als Bell-Ungleichungen bezeichnet werden und probabilistische Aussagen darüber sind, wie oft der Spin ausgeführt wird von Teilchen A und Teilchen B sollten miteinander korrelieren, wenn die normale Wahrscheinlichkeit (im Gegensatz zur Quantenverschränkung) gegeben wäre Arbeiten. Diese Bellschen Ungleichungen werden durch quantenphysikalische Experimente verletzt, was bedeutet, dass eine seiner Grundannahmen musste falsch sein, und es gab nur zwei Annahmen, die in die Rechnung passten - entweder physische Realität oder Lokalität Versagen.
Um zu verstehen, was dies bedeutet, kehren Sie zu dem oben beschriebenen Experiment zurück. Sie messen den Spin von Partikel A. Es gibt zwei Situationen, die das Ergebnis sein könnten - entweder hat Teilchen B sofort den entgegengesetzten Spin oder Teilchen B befindet sich immer noch in einer Überlagerung von Zuständen.
Wenn Partikel B sofort von der Messung von Partikel A betroffen ist, bedeutet dies, dass die Annahme der Lokalität verletzt wird. Mit anderen Worten, irgendwie kam sofort eine "Nachricht" von Partikel A zu Partikel B, obwohl sie durch eine große Entfernung voneinander getrennt werden können. Dies würde bedeuten, dass die Quantenmechanik die Eigenschaft der Nichtlokalität aufweist.
Wenn diese augenblickliche "Nachricht" (d. H. Nichtlokalität) nicht stattfindet, besteht die einzige andere Option darin, dass sich Teilchen B immer noch in einer Überlagerung von Zuständen befindet. Die Messung des Spins von Partikel B sollte daher völlig unabhängig von der Messung von Partikel A und sein Die Bell-Ungleichungen geben den Prozentsatz der Zeit an, in der die Drehungen von A und B in dieser Situation korreliert werden sollten.
Experimente haben überwiegend gezeigt, dass die Bell-Ungleichungen verletzt werden. Die häufigste Interpretation dieses Ergebnisses ist, dass die "Nachricht" zwischen A und B augenblicklich ist. (Die Alternative wäre, die physikalische Realität des B-Spins ungültig zu machen.) Daher scheint die Quantenmechanik eine Nichtlokalität aufzuweisen.
Hinweis: Diese Nichtlokalität in der Quantenmechanik bezieht sich nur auf die spezifischen Informationen, die zwischen den beiden Teilchen verwickelt sind - den Spin im obigen Beispiel. Die Messung von A kann nicht verwendet werden, um andere Informationen sofort an B zu übertragen große Entfernungen, und niemand, der B beobachtet, wird in der Lage sein, unabhängig zu sagen, ob A war oder nicht gemessen. Bei der überwiegenden Mehrheit der Interpretationen von angesehenen Physikern erlaubt dies keine Kommunikation, die schneller als die Lichtgeschwindigkeit ist.