O Teorema de Bell foi desenvolvido pelo físico irlandês John Stewart Bell (1928-1990) como um meio de testar se as partículas conectadas ou não através de entrelaçamento quântico comunicar informações mais rápido que a velocidade da luz. Especificamente, o teorema diz que nenhuma teoria das variáveis ocultas locais pode explicar todas as previsões da mecânica quântica. Bell prova esse teorema através da criação de desigualdades de Bell, que são demonstradas por experimentos como violadas em sistemas de física quântica, provando assim que alguma idéia no coração das teorias de variáveis ocultas locais deve ser falso. A propriedade que geralmente cai é a localidade - a ideia de que nenhum efeito físico se move mais rápido que ovelocidade da luz.
Emaranhamento Quântico
Em uma situação em que você tem dois partículas, A e B, que são conectados através de entrelaçamento quântico, as propriedades de A e B são correlacionadas. Por exemplo, o giro de A pode ser 1/2 e o girar de B pode ser -1/2 ou vice-versa.
Física quântica nos diz que, até que uma medição seja feita, essas partículas estão em uma superposição de estados possíveis. A rotação de A é 1/2 e -1/2. (Veja nosso artigo sobre o Gato de Schroedinger experimento mental para saber mais sobre essa idéia. Este exemplo em particular com as partículas A e B é uma variante do paradoxo de Einstein-Podolsky-Rosen, freqüentemente chamado de Paradoxo EPR.)No entanto, uma vez que você mede o giro de A, você sabe com certeza o valor do giro de B sem precisar mensurá-lo diretamente. (Se A tem rotação 1/2, a rotação de B deve ser -1/2. Se A tem spin -1/2, o spin de B deve ser 1/2. Não há outras alternativas.) O enigma no coração do Teorema de Bell é como essa informação é comunicada da partícula A para a partícula B.
Teorema de Bell no trabalho
John Stewart Bell propôs originalmente a idéia do Teorema de Bell em seu artigo de 1964 "Sobre o paradoxo de Einstein Podolsky Rosen. "Em sua análise, ele derivou fórmulas chamadas desigualdades de Bell, que são afirmações probabilísticas sobre a frequência com que a rotação da partícula A e da partícula B devem se correlacionar se a probabilidade normal (em oposição ao emaranhamento quântico) for trabalhando. Essas desigualdades de Bell são violadas por experimentos de física quântica, o que significa que uma de suas suposições básicas tinha que ser falso, e havia apenas duas suposições que se encaixavam no projeto - realidade física ou localidade. falhando.
Para entender o que isso significa, volte ao experimento descrito acima. Você mede o giro da partícula A. Existem duas situações que podem ser o resultado - a partícula B imediatamente tem o giro oposto ou a partícula B ainda está em uma superposição de estados.
Se a partícula B for afetada imediatamente pela medição da partícula A, isso significa que a suposição de localidade é violada. Em outras palavras, de alguma forma uma "mensagem" passou da partícula A para a partícula B instantaneamente, mesmo que elas possam ser separadas por uma grande distância. Isso significaria que a mecânica quântica exibe a propriedade da não localidade.
Se essa "mensagem" instantânea (ou seja, não localidade) não ocorrer, a única outra opção é que a partícula B ainda está em uma superposição de estados. A medição do giro da partícula B deve, portanto, ser completamente independente da medição da partícula A, e as desigualdades de Bell representam a porcentagem de tempo em que os giros de A e B devem ser correlacionados nessa situação.
As experiências mostraram esmagadoramente que as desigualdades de Bell são violadas. A interpretação mais comum desse resultado é que a "mensagem" entre A e B é instantânea. (A alternativa seria invalidar a realidade física do giro de B.) Portanto, a mecânica quântica parece exibir não localidade.
Nota: Essa não localidade na mecânica quântica refere-se apenas às informações específicas emaranhadas entre as duas partículas - a rotação no exemplo acima. A medição de A não pode ser usada para transmitir instantaneamente qualquer outro tipo de informação para B em grandes distâncias, e ninguém observando B será capaz de dizer independentemente se A foi ou não medido. Sob a grande maioria das interpretações de físicos respeitados, isso não permite a comunicação mais rápido que a velocidade da luz.