Le théorème de Bell a été conçu par le physicien irlandais John Stewart Bell (1928-1990) comme moyen de vérifier si les particules sont connectées via enchevêtrement quantique communiquer des informations plus rapidement que la vitesse de la lumière. Plus précisément, le théorème dit qu'aucune théorie des variables cachées locales ne peut rendre compte de toutes les prédictions de la mécanique quantique. Bell prouve ce théorème par la création d'inégalités de Bell, dont l'expérience a montré qu'elles étaient violées dans systèmes de physique quantique, prouvant ainsi qu'une idée au cœur des théories locales des variables cachées doit être faux. La propriété qui prend généralement la chute est la localité - l'idée qu'aucun effet physique ne se déplace plus rapidement que levitesse de la lumière.
Enchevêtrement quantique
Dans une situation où vous avez deux particules, A et B, qui sont reliés par l'intrication quantique, puis les propriétés de A et B sont corrélées. Par exemple, le spin de A peut être 1/2 et le
tourner de B peut être -1/2, ou vice versa. La physique quantique nous dit que jusqu'à ce qu'une mesure soit faite, ces particules sont dans une superposition d'états possibles. Le spin de A est à la fois 1/2 et -1/2. (Voir notre article sur le Chat de Schroedinger expérience de réflexion pour plus sur cette idée. Cet exemple particulier avec les particules A et B est une variante du paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen, souvent appelé le Paradoxe EPR.)Cependant, une fois que vous mesurez le spin de A, vous savez avec certitude la valeur du spin de B sans jamais avoir à le mesurer directement. (Si A a un spin 1/2, alors le spin de B doit être -1/2. Si A a un spin -1/2, alors le spin de B doit être de 1/2. Il n'y a pas d'autre alternative.) L'énigme au cœur du théorème de Bell est de savoir comment cette information est communiquée de la particule A à la particule B.
Le théorème de Bell au travail
John Stewart Bell avait initialement proposé l'idée du théorème de Bell dans son article de 1964 "Sur le paradoxe d'Einstein Podolsky Rosen. "Dans son analyse, il a dérivé des formules appelées les inégalités de Bell, qui sont des déclarations probabilistes sur la fréquence à laquelle le spin de la particule A et de la particule B devraient être corrélées si la probabilité normale (par opposition à l'intrication quantique) était travail. Ces inégalités de Bell sont violées par des expériences de physique quantique, ce qui signifie que l'une de ses hypothèses de base devait être faux, et il n'y avait que deux hypothèses qui correspondaient au projet de loi - soit la réalité physique ou la localité était échouer.
Pour comprendre ce que cela signifie, revenez à l'expérience décrite ci-dessus. Vous mesurez le spin de la particule A. Il peut en résulter deux situations: soit la particule B a immédiatement le spin opposé, soit la particule B est toujours dans une superposition d'états.
Si la particule B est affectée immédiatement par la mesure de la particule A, cela signifie que l'hypothèse de localité est violée. En d'autres termes, en quelque sorte, un "message" est passé instantanément de la particule A à la particule B, même si elles peuvent être séparées par une grande distance. Cela signifierait que la mécanique quantique affiche la propriété de la non-localité.
Si ce "message" instantané (c'est-à-dire, la non-localité) n'a pas lieu, alors la seule autre option est que la particule B est toujours dans une superposition d'états. La mesure du spin de la particule B doit donc être complètement indépendante de la mesure de la particule A, et les inégalités de Bell représentent le pourcentage du temps où les spins de A et B devraient être corrélés dans cette situation.
Les expériences ont montré de manière écrasante que les inégalités de Bell sont violées. L'interprétation la plus courante de ce résultat est que le «message» entre A et B est instantané. (L'alternative serait d'invalider la réalité physique du spin de B.) Par conséquent, la mécanique quantique semble afficher la non-localité.
Remarque: Cette non-localité en mécanique quantique ne concerne que les informations spécifiques qui sont enchevêtrées entre les deux particules - le spin dans l'exemple ci-dessus. La mesure de A ne peut pas être utilisée pour transmettre instantanément toute autre information à B à de grandes distances, et personne qui observe B ne pourra dire de façon indépendante si A était ou non mesuré. Dans la grande majorité des interprétations de physiciens respectés, cela ne permet pas une communication plus rapide que la vitesse de la lumière.