Il teorema di Bell è stato ideato dal fisico irlandese John Stewart Bell (1928-1990) come mezzo per testare se le particelle sono collegate o meno attraverso entanglement quantico comunicare informazioni più velocemente 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 con l'esperimento per essere violate sistemi di fisica quantistica, dimostrando così che deve esserci qualche idea alla base delle teorie locali sulle variabili nascoste falsa. La proprietà che di solito prende la caduta è la località - l'idea che nessun effetto fisico si muova più velocemente divelocità della luce.
Entanglement quantistico
In una situazione in cui ne hai due particelle, A e B, che sono collegati attraverso l'entanglement quantistico, quindi le proprietà di A e B sono correlate. Ad esempio, la rotazione di A può essere 1/2 e il valore
rotazione di B può essere -1/2 o viceversa. Fisica quantistica ci dice che fino a quando non viene effettuata una misurazione, queste particelle si trovano in una sovrapposizione di stati possibili. La rotazione di A è sia 1/2 che -1/2. (Vedi il nostro articolo sul Il gatto di Schroedinger esperimento di pensiero per ulteriori informazioni su questa idea. Questo esempio particolare con le particelle A e B è una variante del paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen, spesso chiamato il 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 -1/2, allora il giro di B deve essere 1/2. Non ci sono altre alternative.) L'enigma nel cuore del teorema di Bell è come queste informazioni vengono comunicate dalla particella A alla particella B.
Teorema di Bell al lavoro
John Stewart Bell ha originariamente proposto l'idea del teorema di Bell nel suo documento del 1964 "Sul paradosso di Einstein Podolsky Rosen"Nella sua analisi, ha derivato formule chiamate disuguaglianze di Bell, che sono affermazioni probabilistiche sulla frequenza della rotazione della particella A e della particella B dovrebbero correlarsi tra loro se la probabilità normale (al contrario dell'entanglement quantistico) fosse Lavorando. Queste disuguaglianze di Bell sono violate da esperimenti di fisica quantistica, il che significa che uno dei suoi presupposti di base doveva essere falso, e c'erano solo due ipotesi che si adattavano al conto: o la realtà fisica o la località lo erano 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 altro tipo di informazione a B at grandi distanze e nessuno osservando B sarà in grado di dire in modo indipendente se A lo fosse o meno misurato. Sotto la stragrande maggioranza delle interpretazioni di fisici rispettati, ciò non consente la comunicazione più veloce della velocità della luce.