Todo lo que necesitas saber sobre el teorema de Bell

El teorema de Bell fue ideado por el físico irlandés John Stewart Bell (1928-1990) como un medio para probar si las partículas conectadas a través del enredo cuántico comunican información más rápido que la velocidad de la luz. Específicamente, el teorema dice que ninguna teoría de variables locales ocultas puede dar cuenta de todas las predicciones de la mecánica cuántica. Bell prueba este teorema a través de la creación de desigualdades de Bell, que el experimento demuestra que se violan en los sistemas de física cuántica, lo que demuestra que alguna idea en el corazón de las teorías de variables ocultas locales tiene que ser falsa. La propiedad que generalmente toma la caída es la localidad: la idea de que ningún efecto físico se mueve más rápido que la velocidad de la luz..

Entrelazamiento cuántico

En una situación en la que tiene dos partículas, A y B, que están conectadas a través del enredo cuántico, las propiedades de A y B están correlacionadas. Por ejemplo, el giro de A puede ser 1/2 y el giro de B puede ser -1/2, o viceversa. La física cuántica nos dice que hasta que se realice una medición, estas partículas están en una superposición de posibles estados. El giro de A es tanto 1/2 como -1/2. (Vea nuestro artículo sobre el experimento mental de Schroedinger's Cat para obtener más información sobre esta idea. Este ejemplo particular con las partículas A y B es una variante de la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen, a menudo llamada la paradoja EPR).

Sin embargo, una vez que mide el giro de A, sabe con certeza el valor del giro de B sin tener que medirlo directamente. (Si A tiene spin 1/2, entonces el spin de B debe ser -1/2. Si A tiene spin -1/2, entonces el spin de B tiene que ser 1/2. No hay otras alternativas). El corazón del Teorema de Bell es cómo esa información se comunica de la partícula A a la partícula B.

Campana's Teorema en el trabajo

John Stewart Bell propuso originalmente la idea del Teorema de Bell en su artículo de 1964 "Sobre la paradoja de Einstein Podolsky Rosen". En su análisis, derivó fórmulas llamadas desigualdades de Bell, que son afirmaciones probabilísticas sobre la frecuencia con la que el giro de la partícula A y la partícula B debe correlacionarse entre sí si la probabilidad normal (en oposición al enredo cuántico) funcionara. Estas desigualdades de Bell son violadas por los experimentos de física cuántica, lo que significa que uno de sus supuestos básicos tenía que ser falso, y solo había dos supuestos que se ajustaban a la ley: la realidad física o la localidad estaban fallando..

Para entender lo que esto significa, regrese al experimento descrito anteriormente. Mides el giro de la partícula A. Hay dos situaciones que podrían ser el resultado: la partícula B inmediatamente tiene el giro opuesto o la partícula B todavía está en una superposición de estados.

Si la partícula B se ve afectada inmediatamente por la medición de la partícula A, esto significa que se viola el supuesto de localidad. En otras palabras, de alguna manera un "mensaje" pasó de la partícula A a la partícula B instantáneamente, aunque pueden estar separados por una gran distancia. Esto significaría que la mecánica cuántica muestra la propiedad de la no localidad..

Si este "mensaje" instantáneo (es decir, no localidad) no tiene lugar, entonces la única otra opción es que la partícula B todavía está en una superposición de estados. La medición del giro de la partícula B, por lo tanto, debe ser completamente independiente de la medición de la partícula A, y Las desigualdades de Bell representan el porcentaje del tiempo en que los giros de A y B deben estar correlacionados en esta situación..

Los experimentos han demostrado abrumadoramente que se violan las desigualdades de Bell. La interpretación más común de este resultado es que el "mensaje" entre A y B es instantáneo. (La alternativa sería invalidar la realidad física del giro de B). Por lo tanto, la mecánica cuántica parece mostrar no localidad..

Nota: Esta no localidad en la mecánica cuántica solo se relaciona con la información específica que se enreda entre las dos partículas: el giro en el ejemplo anterior. La medición de A no se puede utilizar para transmitir instantáneamente ningún otro tipo de información a B a grandes distancias, y nadie que observe a B podrá saber de forma independiente si A se midió o no. Bajo la gran mayoría de las interpretaciones de físicos respetados, esto no permite la comunicación más rápido que la velocidad de la luz..