Twierdzenie Bella

Twierdzenie Bella (nierówność Bella) to założenie dotyczące mechaniki kwantowej, które opisuje w jaki sposób różni się ona od standardowej. Sformułował je północnoirlandzki fizyk John Stewart Bell. Jego definicja brzmi: „Żadna lokalna teoria zmiennych ukrytych nie może opisać wszystkich zjawisk mechaniki kwantowej”. Zostało ono opracowane w 1964r. w pracy poświęconej paradoksowi EPR (Oparty na założeniu, że parametry cząstek kwantowych posiadają wartości niezależne od aktów obserwacji, a oddziaływania fizyczne zachodzą ze skończoną prędkością). Bell udowodnił, że ta teoria (określana również realizmem lokalnym) wymusza pewne korelacje statystyczne wyników pomiarów, które nie są spełnione przez mechanikę kwantową. Dzięki temu pokazał, że jest ona sprzeczna z tym założeniem.

Nierówność Bella w badaniach naukowych

Choć treść tego twierdzenia, na pozór, może wydawać się bardzo skomplikowana, to można je wyjaśnić w dość prosty sposób. Zgodnie z nierównością, albo rzeczywistość nie odpowiada założeniom realizmu lokalnego, albo istnieje błąd w mechanice kwantowej. Co ciekawe, twierdzenie to nie określa, która z wymienionych opcji jest właściwa. Rozstrzygnięcie możliwe jest jedynie za pośrednictwem drogi doświadczalnej. Ze względu na fakt, że pierwotna nierówność Bella miała zastosowanie jedynie do eksperymentów myślowych, to w 1969r. Caluser, Horne, Shimony i Holt przygotowali zmodyfikowaną jej wersję, która była zdatna do testowania eksperymentalnego. W późniejszych latach przeprowadzono liczne testy, które dały rezultat zgodny z założeniami mechaniki kwantowej. Nie pozwoliły one jednak na wykluczenie realizmu lokalnego. Przyczyną takiego stanu rzeczy były luki interpretacyjne – w zakresie błędów detektorów czy niewielkiej odległości pomiędzy obserwatorami.

Twierdzenie Bella - wnioski

Twierdzenie Bella powstało na podstawie założenia mechaniki kwantowej, które mówi, że stan splątany dwóch cząstek nie może być sprowadzony do opisu stanów jego poszczególnych elementów. Pojedyncza cząstka w danej parze, będąca w stanie maksymalnie splątanym, nie posiada określonego stanu. Twierdzenie mówi, iż powiązania pomiędzy rezultatami pomiarów właściwości takich cząsteczek mogą być silniejsze, niż w sytuacji gdy ich stan byłby zdefiniowany. Nie pozwala to jednak na przekazywanie informacji szybciej, niż z prędkością światła w próżni, a więc eksperymenty te nie przeczą szczególnej teorii względności.