Bellova nerovnost

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Bellova nerovnost je nerovnost, kterou splňují určité spinové korelace v lokálně realistických teoriích. Je dílem irského fyzika J. S. Bella.

Rovnice[editovat | editovat zdroj]

Bellova nerovnost má tvar:

.

Bližší pohled na její odvození. Nechť je počet částic v našem testu s hodnotami , , (a obdobně pro další kombinace orientací). Nechť označuje počet částic s , a s neurčenou hodnotou (a podobně). Pak platí

.

Protože všechny jsou nezáporné (jde o počty případů), musí platit

.

Uvědomíme-li si, že pokud má jedna z částic , musí mít druhá částice z páru atd. Veličiny jsou úměrné součtům dvojic

.

Potom ze zmíněné nerovnosti

a z podobné nerovnosti se zaměněnými symboly + a − vyplývá konečný vztah pro Bellovu nerovnost:

.

Bellův teorém[editovat | editovat zdroj]

Tento teorém v obecné rovině staví lokální realismus jako neslučitelný s kvantovou mechanikou. Nejedná se ovšem o teorém (ani Bell ho tak nikdy nenazval), ale jde spíše o interpretaci. Neslučitelnost kvantové mechaniky s lokálním realismem je dle Bellova/CHSH teorému prokázána na dvojici kvantově provázaných částic.

Lokální realismus pro takové páry částic předpokládá, že vlastnosti těchto částic (jejich provázanost) vznikají v okamžiku vzniku jejich provázanosti – typicky srážkou nějakých jiných částic, při které vznikne kvantově provázaný pár. Dle lokálního realismu si tedy tyto vlastnosti nesou částice nadále s sebou i když se od sebe vzdálí. Bellův teorém se konkrétně zaměřuje na spin obou částic. Protože spin má vždy stejnou absolutní hodnotu a mění se jen jeho znaménko, musíme pro další vysvětlení principu předpokládat opakované měření více párů částic a statistické vyhodnocení výsledků.

Měření prokazují, že spin obou částic ve stejné ose je vždy opačný (je tedy dokonale antikorelován, korelace = −1). Spin obou částic, měřený v osách, mezi nimiž je úhel 90°, je náhodný (má korelace = 0).

Lokální realismus předpovídá, že pro opakovaná měření v osách, které jsou od sebe odchýleny o 45°, může být korelace jen mezi 0 a −0,5. To vyplývá z toho, že spin v každé ose je dán již v okamžiku vzniku páru částic a pokud mezi každými dvěma úhly 90° je korelace = 0 a pro shodné osy je korelace = −1, tak aby osa, mezi těmito dvěma polohami (tj. 45°), měla shodnou korelaci k oběma předchozím, tak tato korelace musí být mezi hodnotami 0 a −0,5. Větší antikorelace k jedné z os by nutně vedla k menší antikorelaci ke druhé ose.

Naproti tomu kvantová mechanika předpovídá, a experimentální měření to potvrzují, že korelace spinu částic může při úhlu 45° nabývat až hodnoty cca −0,7 (přesně je to minus odmocnina ze 2 dělená 2). Tento výsledek je však v rozporu s lokálním realismem, protože druhá měřená částice "se nějak dozví" v jakém úhlu byla měřena ta první a "přizpůsobí" svůj spin tak, aby korelace byla vyšší. To lze prokázat i opakováním měření téhož páru částic v různých osách, kdy pro každá dvě po sobě jdoucí měření při úhlu 45° se prokazuje vyšší korelace. (Pár částic si jakoby pamatuje poslední pár měření – starší měření "zapomíná" a pokud tedy změříme např. spin v ose x, potom změříme spin v několika jiných osách a opět spin v ose x, může se spin lišit – tak, aby vyhověl korelaci s měřením předchozí osy.)

Obdobná pravidla platí i pro úhly 135°, 225°, 315°.

Experimenty[editovat | editovat zdroj]

Existuje však klasická analogie optických polí, která porušuje Clauser-Horne-Shimony-Holt (CHSH) Bellovu nerovnost (překračuje hodnotu 2) a blíží se k maximální možné hodnotě (Tsirelsonovu limitu 2,828).[1] Existence klasických analogií tak přináší otázku, co je kvantové.[2] S tím souvisí také interpretace kvantové mechaniky.

Na podzim roku 2015 proběhl na Technické Univerzitě v holandském Delftu (TU Delft) experiment, který podle autorů definitivně prokázal neplatnost lokálního realismu, neboť prostorová a časová dispozice experimentu vyloučila možnost komunikace provázaných částic v rámci platné fyziky (rychlost světla).[3]

Přesto již Bell uvedl, že je v teorii obsažen předpoklad svobodné vůle a že pak superdeterminismus může reprodukovat stejné výsledky. Nikdy totiž nelze vyloučit, zda dva zdroje jsou opravdu nezávislé.[4]

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Bellova nerovnosť na slovenské Wikipedii.

  1. QIAN, Xiao-Feng; LITTLE, Bethany; HOWELL, John C.; EBERLY, J. H. Shifting the quantum-classical boundary: theory and experiment for statistically classical optical fields. S. 611. Optica [online]. 2015-07-20. Roč. 2, čís. 7, s. 611. Dostupné online. DOI 10.1364/OPTICA.2.000611. (anglicky) 
  2. ZYGA, Lisa. 'Quantum' bounds not so quantum after all. phys.org [online]. 2016-06-01 [cit. 2021-12-29]. Dostupné online. (anglicky) 
  3. HENSEN, B.; BERNIEN, H.; DRÉAU, A. E.; REISERER, A.; KALB, N.; BLOK, M. S.; RUITENBERG, J. Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres. S. 682–686. Nature [online]. 2015-10. Roč. 526, čís. 7575, s. 682–686. arXiv 1508.05949. DOI 10.1038/nature15759. 
  4. SAUNDERS, Dylan J.; BENNET, Adam J.; BRANCIARD, Cyril; PRYDE, Geoff J. Experimental demonstration of nonbilocal quantum correlations. S. e1602743. Science Advances [online]. 2017-04-07. Roč. 3, čís. 4, s. e1602743. Dostupné online. DOI 10.1126/sciadv.1602743. (anglicky) 

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

http://arxiv.org/pdf/1508.05949.pdf – experiment na TU Delft