תפקיד משפט פעמון בפיזיקה קוונטית

משפט בל פותח על ידי הפיזיקאי האירי ג'ון סטיוארט בל (1928-1990) כאמצעי לבחון האם חלקיקים המחוברים דרך או לא הסתבכות קוונטית להעביר מידע מהר יותר ממהירות האור. באופן ספציפי, המשפט אומר כי שום תיאוריה של משתנים נסתרים מקומיים אינה יכולה להסביר את כל התחזיות של מכניקת הקוונטים. בל מוכיח משפט זה באמצעות יצירת אי-שוויון בל, המוצגים על ידי ניסוי שהופרו בו מערכות לפיזיקה קוונטית, ובכך מוכיחות כי צריך להיות רעיון כלשהו בלב תאוריות המשתנים המוסתרים המקומיים שקר. הנכס שלוקח בדרך כלל את הנפילה הוא יישוב - הרעיון כי שום השפעה פיזית לא נעה מהר יותר מהאזורמהירות האור.

במצב שיש לכם שניים חלקיקים, A ו- B, המחוברים דרך הסתבכות קוונטית, ואז מאפיינים תכונות A ו- B. לדוגמה, הסיבוב של A עשוי להיות 1/2 וה- סיבוב של B יכול להיות -1/2, או להפך. פיזיקה קוונטית אומר לנו שעד שמדידה מתבצעת, החלקיקים הללו נמצאים במתחם של מצבים אפשריים. הסיבוב של A הוא גם 1/2 וגם -1/2. (עיין במאמר שלנו בנושא חתול של שרדינגר ניסוי מחשבה למידע נוסף על רעיון זה. דוגמה ספציפית זו עם חלקיקים A ו- B היא גרסה לפרדוקס איינשטיין-פודולסקי-רוזן, המכונה לעתים קרובות פרדוקס EPR.)

עם זאת, ברגע שאתה מודד את הסיבוב של A, אתה יודע בוודאות את ערך הסיבוב של B מבלי שתצטרך למדוד אותו ישירות. (אם ל- A יש סיבוב 1/2, הסיבוב של B צריך להיות -1/2. אם ל- A יש סיבוב -1/2, אז הסיבוב של B צריך להיות 1/2. אין חלופות אחרות.) החידה שבלב משפט בל היא כיצד מידע זה מועבר מחלקיק A לחלקיק B.

ג'ון סטיוארט בל הציע במקור את הרעיון למשפט של בל בעיתון שלו משנת 1964 "על פרדוקס איינשטיין פודולסקי רוזן"בניתוח שלו הוא הוציא נוסחאות המכונות אי-השוויון של הפעמון, שהן אמירות הסתברותיות לגבי תדירות הסיבוב של חלקיק A וחלקיק B צריכים לתאם זה עם זה אם ההסתברות הנורמלית (בניגוד להסתבכות קוונטית) עובד. אי השוויון של הפעמון מופר על ידי ניסויים בפיזיקה קוונטית, מה שאומר שאחת מההנחות הבסיסיות שלו היה צריך להיות שקרי, והיו רק שתי הנחות שמתאימות להצעת החוק - המציאות הפיזית או היישוב היה כושל.

כדי להבין מה המשמעות של זה, חזור לניסוי שתואר לעיל. אתה מודד את הסיבוב של חלקיק A. ישנם שני מצבים שיכולים להיות התוצאה - לחלקיקים B יש מייד את הסיבוב ההפוך, או שחלקיק B עדיין נמצא בסופרפוזיציה של מצבים.

אם חלקיק B מושפע מיידית ממדידת חלקיק A, פירוש הדבר שההנחה של יישוב מופרת. במילים אחרות, איכשהו "הודעה" הגיעה מחלקיק A לחלקיק B באופן מיידי, למרות שניתן להפריד ביניהם במרחק רב. משמעות הדבר היא שמכניקת הקוונטים מציגה את המאפיין של אי-יישוב.

אם "הודעה" מיידית זו (כלומר, אי-יישוב) אינה מתקיימת, האפשרות היחידה הנוספת היחידה היא שחלקיק B עדיין נמצא בסופרפוזיציה של מדינות. מדידת הסיבוב של חלקיק B צריכה אפוא להיות בלתי תלויה לחלוטין במדידת החלקיק A, ו- אי השוויון של הפעמון מייצג את אחוז הזמן בו יש לתאם בין ספינים של A ו- B במצב זה.

ניסויים הראו באופן גורף כי אי-השוויון של הפעמון מופר. הפרשנות הנפוצה ביותר לתוצאה זו היא ש"המסר "בין A ל- B הוא מיידי. (האלטרנטיבה תהיה לבטל את המציאות הפיזית של הסיבוב של ב.) לכן נראה כי מכניקת הקוונטים מציגה אי-יישוב.

הערה: אי-יישוב זה במכניקת הקוונטים מתייחס רק למידע הספציפי שמסתבך בין שני החלקיקים - הסחרור בדוגמה לעיל. לא ניתן להשתמש במדידה של A כדי להעביר באופן מיידי כל סוג אחר של מידע ל- B ב- מרחקים גדולים ואף אחד שלא שומר על B לא יוכל לדעת באופן עצמאי אם A היה או לא נמדד. תחת הרוב המוחלט של הפרשנויות של פיזיקאים מכובדים, הדבר אינו מאפשר תקשורת מהר יותר ממהירות האור.