دور نظرية بيل في فيزياء الكم

ابتكر عالم الفيزياء الأيرلندي جون ستيوارت بيل (1928-1990) نظرية بيل كوسيلة لاختبار ما إذا كانت الجسيمات متصلة من خلال تشابك الكم توصيل المعلومات بشكل أسرع من سرعة الضوء. على وجه التحديد ، تقول النظرية أنه لا توجد نظرية للمتغيرات المخفية المحلية يمكن أن تفسر جميع توقعات ميكانيكا الكم. يثبت بيل هذه النظرية من خلال إنشاء عدم مساواة بيل ، والتي أثبتت التجربة أنها انتهكت في أنظمة فيزياء الكم ، وبالتالي تثبت أن فكرة ما في قلب نظريات المتغيرات المخفية المحلية يجب أن تكون خاطئة. الخاصية التي عادة ما تقع في السقوط هي المنطقة - فكرة أنه لا توجد تأثيرات جسدية تتحرك بشكل أسرع منسرعة الضوء.

في حالة يكون لديك فيها اثنان حبيبات، A و B ، والتي ترتبط من خلال التشابك الكمي ، ثم ترتبط خصائص A و B. على سبيل المثال ، قد يكون دوران A 1/2 و غزل من B قد تكون -1/2 ، أو العكس. فيزياء الكم يخبرنا أنه حتى يتم إجراء القياس ، تكون هذه الجسيمات في تراكب للحالات المحتملة. تدور A هي 1/2 و -1/2. (انظر مقالنا على قطة شرودنغر تجربة فكرية لمعرفة المزيد عن هذه الفكرة. هذا المثال الخاص بالجسيمات A و B هو نوع من مفارقة آينشتاين - بودولسكي - روزين ، والتي غالبًا ما تسمى مفارقة EPR.)

ومع ذلك ، بمجرد قياس دوران A ، فإنك تعرف بالتأكيد قيمة دوران B دون الحاجة إلى قياسها مباشرة. (إذا كان A لديه دوران 1/2 ، فيجب أن يكون دوران B -1 / 2. إذا كان A لديه دوران -1/2 ، فيجب أن يكون دوران B 1/2. لا توجد بدائل أخرى.) اللغز في قلب نظرية بيل هو كيف يتم توصيل هذه المعلومات من الجسيم أ إلى الجسيم ب.

اقترح جون ستيوارت بيل في الأصل فكرة نظرية بيل في ورقته عام 1964 "حول مفارقة آينشتاين بودولسكي روزين. "في تحليله ، اشتق صيغًا تسمى عدم المساواة في بيل ، وهي بيانات احتمالية حول عدد المرات يجب أن يرتبط الجسيم A والجسيم B مع بعضهما البعض إذا كان الاحتمال الطبيعي (على عكس التشابك الكمي) يعمل. يتم انتهاك عدم المساواة في بيل من خلال تجارب فيزياء الكم ، مما يعني أن أحد افتراضاته الأساسية يجب أن تكون خاطئة ، وهناك افتراضان فقط يتناسبان مع مشروع القانون - إما الواقع المادي أو المنطقة المحلية فشل.

لفهم معنى ذلك ، ارجع إلى التجربة الموضحة أعلاه. يمكنك قياس دوران الجسيمات أ. هناك حالتان يمكن أن تكون النتيجة - إما أن يكون للجسيم B على الفور دوران عكسي ، أو أن الجسيم B لا يزال في تراكب للحالات.

إذا تأثر الجسيم B فورًا بقياس الجسيم A ، فهذا يعني أن افتراض المنطقة المحلية قد انتهك. وبعبارة أخرى ، بطريقة ما ، انتقلت "رسالة" من الجسيم أ إلى الجسيم ب على الفور ، على الرغم من أنه يمكن فصلها بمسافة كبيرة. هذا يعني أن ميكانيكا الكم تعرض خاصية اللا محلية.

إذا لم تحدث هذه "الرسالة" الآنية (أي غير محلية) ، فإن الخيار الآخر الوحيد هو أن الجسيم B لا يزال في تراكب الحالات. لذا يجب أن يكون قياس دوران الجسيم B مستقلاً تمامًا عن قياس الجسيم A ، و تمثل عدم المساواة في بيل النسبة المئوية من الوقت الذي يجب فيه ربط دوران A و B في هذه الحالة.

أظهرت التجارب بأغلبية ساحقة أن عدم المساواة في الجرس قد انتهكت. التفسير الأكثر شيوعًا لهذه النتيجة هو أن "الرسالة" بين A و B فورية. (سيكون البديل هو إبطال الواقع المادي لتدوير B). لذلك ، يبدو أن ميكانيكا الكم تظهر عدم المحلية.

ملحوظة: هذه اللا محلية في ميكانيكا الكم تتعلق فقط بالمعلومات المحددة التي تتشابك بين الجسيمين - الدوران في المثال أعلاه. لا يمكن استخدام قياس A لإرسال أي نوع من المعلومات الأخرى إلى B على الفور مسافات كبيرة ، ولن يتمكن أي شخص يراقب B من معرفة ما إذا كان A يقاس. تحت الغالبية العظمى من التفسيرات من قبل الفيزيائيين المحترمين ، هذا لا يسمح بالتواصل أسرع من سرعة الضوء.