Bells teorem blev udtænkt af den irske fysiker John Stewart Bell (1928-1990) som et middel til at teste, hvorvidt partikler, der var forbundet gennem eller ej kvanteforvikling kommunikere information hurtigere end lysets hastighed. Specifikt siger teoremet, at ingen teori om lokale skjulte variabler kan redegøre for alle forudsigelser om kvantemekanik. Bell beviser dette teorem gennem oprettelsen af Bell uligheder, som ved eksperiment viser sig at være krænket i kvantefysiksystemer, hvilket således beviser, at en idé i hjertet af lokale skjulte variabeltorier skal være falsk. Den ejendom, der normalt tager faldet, er lokalitet - ideen om, at ingen fysiske effekter bevæger sig hurtigere endlysets hastighed.
Kvanteforvikling
I en situation, hvor du har to partikler, A og B, som er forbundet via kvanteforvikling, korreleres derefter egenskaberne ved A og B. For eksempel kan drejningen til A være 1/2 og spin- af B kan være -1/2, eller omvendt. Kvantefysik fortæller os, at indtil en måling er foretaget, er disse partikler i en superposition af mulige tilstande. Rotationen af A er både 1/2 og -1/2. (Se vores artikel om
Schroedinger's Cat tankeeksperiment for mere om denne idé. Dette særlige eksempel med partikler A og B er en variant af Einstein-Podolsky-Rosen-paradokset, ofte kaldet EPJ-paradoks.)Når du først måler A-omdrejningen, ved du med sikkerhed værdien af B's spin uden nogensinde at skulle måle den direkte. (Hvis A har spin 1/2, skal B's spin være -1/2. Hvis A har spin -1/2, skal B's spin være 1/2. Der er ingen andre alternativer.) Gåten i hjertet af Bell's sætning er, hvordan denne information formidles fra partikel A til partikel B.
Bell's sætning på arbejde
John Stewart Bell foreslog oprindeligt ideen til Bells sætning i hans papir fra 1964 "På Einstein Podolsky Rosen-paradokset. "I sin analyse udledte han formler kaldet Bell-ulighederne, som er sandsynlige udsagn om, hvor ofte spin af partikel A og partikel B skulle korreleres med hinanden, hvis normal sandsynlighed (i modsætning til kvanteforvikling) arbejder. Disse Bell-uligheder overtrædes af kvantefysikeksperimenter, hvilket betyder, at en af hans grundlæggende antagelser måtte være falsk, og der var kun to antagelser, der passer til regningen - enten fysisk virkelighed eller lokalitet var svigtende.
Gå tilbage til det ovenfor beskrevne eksperiment for at forstå, hvad det betyder. Du måler partikel A's spin. Der er to situationer, der kan være resultatet - enten har partikel B straks den modsatte drejning, eller så er partikel B stadig i en superposition af tilstande.
Hvis partikel B straks påvirkes af målingen af partikel A, betyder det, at antagelsen om lokalitet er krænket. Med andre ord fik en eller anden måde en "besked" øjeblikkeligt fra partikel A til partikel B, selvom de kan adskilles med en stor afstand. Dette ville betyde, at kvantemekanik viser ejendommens ejendom.
Hvis denne øjeblikkelige "meddelelse" (dvs. ikke-lokalitet) ikke finder sted, er den eneste anden mulighed, at partikel B stadig er i en superposition af tilstande. Målingen af partikel B's spin bør derfor være fuldstændig uafhængig af målingen af partikel A, og Klokkeulighederne repræsenterer procentdelen af tiden, hvor spinserne af A og B skal korreleres i denne situation.
Eksperimenter har overvældende vist, at uligheden i klokken er krænket. Den mest almindelige fortolkning af dette resultat er, at "beskeden" mellem A og B er øjeblikkelig. (Alternativet ville være at ugyldige den fysiske virkelighed ved B's spin.) Derfor synes kvantemekanik at vise ikke-lokalitet.
Bemærk: Denne ikke-lokalitet inden for kvantemekanik vedrører kun den specifikke information, der er sammenfiltret mellem de to partikler - spin i ovenstående eksempel. Målingen af A kan ikke bruges til øjeblikkeligt at overføre nogen form for anden information til B kl store afstande, og ingen, der observerer B, vil være i stand til uafhængigt at fortælle, hvorvidt A var eller ej målt. Under det store flertal af fortolkninger fra respekterede fysikere tillader dette ikke kommunikation hurtigere end lysets hastighed.