Bell-ov teorem osmislio je irski fizičar John Stewart Bell (1928.-1990.) Kao sredstvo za ispitivanje jesu li čestice povezane ili ne kvantno zapletanje komuniciraju informacije brže od brzine svjetlosti. Konkretno, teorema kaže da nijedna teorija lokalnih skrivenih varijabli ne može obuhvatiti sva predviđanja kvantne mehanike. Bell dokazuje ovu teoremu stvaranjem Bellovih nejednakosti, koje su eksperimentom pokazane u kojima se krši sustavi kvantne fizike, čime je dokazano da neka ideja mora biti u središtu teorija skrivenih varijabli lažna. Svojstvo koje obično pada je lokalitet - ideja da se fizički učinci ne kreću brže odbrzina svjetlosti.
Kvantno zapletanje
U situaciji kada imate dvoje čestice, A i B, koji su povezani kvantnim zapletom, tada su svojstva A i B povezana. Na primjer, centrifuga A može biti 1/2 i zavrtiti od B može biti -1/2, ili obrnuto. Kvantna fizika govori nam da se sve dok se ne izvrši mjerenje, te čestice nalaze u superpoziciji mogućih stanja. Okretanje A je i 1/2 i -1/2. (Pogledajte naš članak o
Schroedingerova mačka misaoni eksperiment za više o ovoj ideji. Ovaj konkretni primjer s česticama A i B varijanta je paradoksa Einstein-Podolsky-Rosen, često nazivanog i EPR paradoks.)Međutim, jednom kad izmjerite spin A, sigurno znate vrijednost B-ovog spin, bez da ga morate izravno izmjeriti. (Ako A ima spin 1/2, tada B spin mora biti -1/2. Ako A ima spin -1/2, tada spin B mora biti 1/2. Ne postoje druge alternative.) Zagonetka u srcu Bell-ove teoreme je kako se te informacije prenose od čestice A do čestice B.
Bell-ova teorema na djelu
John Stewart Bell izvorno je predložio ideju za Bellovu teoremu u svom radu iz 1964. "Na paradoksu Einstein Podolsky Rosen. "U svojoj je analizi izveo formule nazvane Bell-ove nejednakosti, koje su vjerojatne izjave o tome koliko često se zavrti čestica A i čestica B trebali bi biti u međusobnoj korelaciji ako je normalna vjerojatnost (za razliku od kvantnog zapletanja) radi. Te Bellove nejednakosti narušavaju se eksperimentima kvantne fizike, što znači da je jedna od njegovih osnovnih pretpostavki moralo biti lažno, a postojale su samo dvije pretpostavke koje su odgovarale računu - bilo fizička stvarnost, bilo lokalitet u nedostatku.
Da biste shvatili što to znači, vratite se gore opisanom eksperimentu. Izmjerite zavoj čestice A. To bi mogle biti posljedice dvije situacije - ili čestica B odmah ima suprotan spin, ili je čestica B još uvijek u superpoziciji stanja.
Ako na mjerenje čestica A utječe odmah čestica B, to znači da je narušena pretpostavka lokaliteta. Drugim riječima, nekako je "poruka" stigla od čestice A do čestice B trenutno, iako ih je moguće razdvojiti velikom udaljenošću. To bi značilo da kvantna mehanika pokazuje svojstvo ne-lokaliteta.
Ako se ta trenutna "poruka" (tj. Ne-lokalitet) ne dogodi, onda je jedina druga opcija da je čestica B još uvijek u superpoziciji stanja. Stoga bi mjerenje zavoja čestice B trebalo biti potpuno neovisno o mjerenju čestice A i Bell-ove nejednakosti predstavljaju postotak vremena u kojem bi se okretaji A i B trebali povezati u ovoj situaciji.
Eksperimenti su nadasve pokazali da su Bell-ove nejednakosti povrijeđene. Najčešća interpretacija ovog rezultata je da je "poruka" između A i B trenutna. (Alternativa bi bila poništavanje fizičke stvarnosti B-ovog spina.) Izgleda da kvantna mehanika izgleda kao lokalitet.
Bilješka: Ta se lokalnost u kvantnoj mehanici odnosi samo na specifične informacije koje su zapletene između dviju čestica - vrtnje u gornjem primjeru. Mjerenje A ne može se koristiti za trenutno prenošenje bilo koje druge informacije na B at velike udaljenosti i nitko tko promatra B neće moći samostalno reći je li A bio ili ne izmjeriti. Prema velikoj većini tumačenja uvaženih fizičara, to ne dopušta komunikaciju bržu od brzine svjetlosti.