Peran Teorema Bell dalam Fisika Kuantum

Bell's Theorem dirancang oleh fisikawan Irlandia John Stewart Bell (1928-1990) sebagai alat untuk menguji apakah partikel terhubung atau tidak melalui keterikatan kuantum mengkomunikasikan informasi lebih cepat daripada kecepatan cahaya. Secara khusus, teorema mengatakan bahwa tidak ada teori variabel tersembunyi lokal yang dapat menjelaskan semua prediksi mekanika kuantum. Bell membuktikan teorema ini melalui penciptaan ketidaksetaraan Bell, yang ditunjukkan oleh percobaan untuk dilanggar sistem fisika kuantum, dengan demikian membuktikan bahwa beberapa ide di jantung variabel tersembunyi lokal teori harus Salah. Properti yang biasanya jatuh adalah lokalitas - gagasan bahwa tidak ada efek fisik bergerak lebih cepat daripadakecepatan cahaya.

Dalam situasi di mana Anda memiliki dua partikel, A dan B, yang dihubungkan melalui keterikatan kuantum, maka sifat-sifat A dan B berkorelasi. Misalnya, putaran A mungkin 1/2 dan berputar B mungkin -1/2, atau sebaliknya. Fisika kuantum

Namun, begitu Anda mengukur putaran A, Anda tahu pasti nilai putaran B tanpa harus mengukurnya secara langsung. (Jika A memiliki putaran 1/2, maka putaran B harus -1/2. Jika A memiliki putaran -1/2, maka putaran B harus 1/2. Tidak ada alternatif lain.) Teka-teki di jantung Bell's Teorem adalah bagaimana informasi itu dikomunikasikan dari partikel A ke partikel B.

John Stewart Bell awalnya mengusulkan ide untuk Bell's Theorem dalam makalahnya tahun 1964 "Pada paradoks Einstein Podolsky Rosen"Dalam analisisnya, ia memperoleh formula yang disebut ketidaksetaraan Bell, yang merupakan pernyataan probabilistik tentang seberapa sering putaran partikel A dan partikel B harus berkorelasi satu sama lain jika probabilitas normal (berlawanan dengan keterikatan kuantum) kerja. Ketidaksetaraan Bell ini dilanggar oleh eksperimen fisika kuantum, yang berarti salah satu anggapan dasarnya Pasti salah, dan hanya ada dua asumsi yang sesuai dengan RUU tersebut - baik realitas fisik maupun lokalitas kegagalan.

Untuk memahami apa artinya ini, kembali ke percobaan yang dijelaskan di atas. Anda mengukur putaran partikel A. Ada dua situasi yang bisa menjadi akibatnya - baik partikel B langsung memiliki putaran sebaliknya, atau partikel B masih dalam superposisi keadaan.

Jika partikel B dipengaruhi langsung oleh pengukuran partikel A, maka ini berarti asumsi lokalitas dilanggar. Dengan kata lain, entah bagaimana "pesan" didapat dari partikel A ke partikel B secara instan, meskipun mereka dapat dipisahkan oleh jarak yang sangat jauh. Ini berarti bahwa mekanika kuantum menampilkan properti non-lokalitas.

Jika "pesan" instan ini (mis., Non-lokalitas) tidak terjadi, maka satu-satunya pilihan lain adalah bahwa partikel B masih dalam posisi superposisi negara. Oleh karena itu, pengukuran putaran partikel B harus sepenuhnya independen dari pengukuran partikel A, dan ketidaksetaraan Bell mewakili persen waktu ketika putaran A dan B harus dikorelasikan dalam situasi ini.

Eksperimen telah menunjukkan bahwa ketidaksetaraan Bell dilanggar. Interpretasi yang paling umum dari hasil ini adalah bahwa "pesan" antara A dan B adalah instan. (Alternatifnya adalah untuk membatalkan kenyataan fisik putaran B.) Oleh karena itu, mekanika kuantum tampaknya menampilkan non-lokalitas.

catatan: Non-lokalitas ini dalam mekanika kuantum hanya berhubungan dengan informasi spesifik yang terjerat antara dua partikel - putaran dalam contoh di atas. Pengukuran A tidak dapat digunakan untuk secara instan mentransmisikan segala jenis informasi lain ke B at jarak yang jauh, dan tidak ada yang mengamati B akan dapat mengetahui secara independen apakah A adalah atau tidak diukur. Di bawah sebagian besar interpretasi oleh fisikawan yang disegani, ini tidak memungkinkan komunikasi lebih cepat dari kecepatan cahaya.