کامپیوتر و ریاضی با علی رضا نقش

نمای کلی [ ویرایش ]

مقاله اصلی: قضیه بل

آزمایش بل ریشه در بحث بین انیشتین و دیگر پیشگامان فیزیک کوانتومی، به ویژه نیلز بور دارد. یکی از ویژگی های نظریه مکانیک کوانتومی مورد بحث، معنای اصل عدم قطعیت هایزنبرگ بود . این اصل بیان می کند که اگر اطلاعاتی در مورد یک ذره مشخص باشد، اطلاعات دیگری در مورد آن وجود دارد که دانستن آنها غیرممکن است. نمونه ای از آن در مشاهدات موقعیت و تکانه یک ذره مشخص است. بر اساس اصل عدم قطعیت، تکانه یک ذره و موقعیت آن را نمی توان همزمان با دقت بسیار زیاد تعیین کرد. [ نیازمند منبع ]

در سال 1935، انیشتین، بوریس پودولسکی و ناتان روزن ادعایی را منتشر کردند مبنی بر اینکه مکانیک کوانتومی پیش‌بینی می‌کند که اطلاعات بیشتری در مورد یک جفت ذره درهم تنیده نسبت به اصل هایزنبرگ قابل مشاهده است، که تنها در صورتی امکان‌پذیر خواهد بود که اطلاعات فوراً بین این دو ذره حرکت کنند. این یک پارادوکس را ایجاد می کند که پس از سه نویسنده به " پارادوکس EPR " معروف شد. اگر هر تأثیری که در یک مکان احساس می شود، نتیجه علتی نباشد که در گذشته آن اتفاق افتاده است ، نسبت به مکان آن، به وجود می آید. این عمل در فاصله ، نظریه نسبیت را نقض می کند، با اجازه دادن به اطلاعات بین دو مکان برای حرکت سریعتر از سرعت نور. [ نیازمند منبع ]

بر این اساس، نویسندگان به این نتیجه رسیدند که تابع موج کوانتومی توصیف کاملی از واقعیت ارائه نمی دهد. آنها پیشنهاد کردند که باید برخی از متغیرهای پنهان محلی در کار باشد تا رفتار ذرات درهم تنیده را توضیح دهد. در تئوری متغیرهای پنهان، همانطور که انیشتین آن را تصور می کرد، تصادفی بودن و نامعین بودن که در رفتار ذرات کوانتومی مشاهده می شود، تنها آشکار است. برای مثال، اگر کسی جزئیات همه متغیرهای پنهان مرتبط با یک ذره را بداند، می‌توان موقعیت و تکانه آن را پیش‌بینی کرد. عدم قطعیتی که توسط اصل هایزنبرگ کمیت شده بود، صرفاً یک مصنوع از نداشتن اطلاعات کامل در مورد متغیرهای پنهان است. علاوه بر این، اینشتین استدلال کرد که متغیرهای پنهان باید از شرایط محلی بودن تبعیت کنند: متغیرهای پنهان واقعاً هر چه هستند، رفتار متغیرهای پنهان برای یک ذره نباید بتواند فوراً بر رفتار متغیرهای پنهان برای ذره دیگر تأثیر بگذارد. این ایده که اصل محلی بودن نامیده می شود، ریشه در شهود فیزیک کلاسیک دارد که فعل و انفعالات فیزیکی فوراً در فضا منتشر نمی شوند. این ایده ها موضوع بحث های مداوم بین طرفداران آنها بود. به ویژه، خود اینشتین روشی را که پودولسکی مشکل را در مقاله معروف EPR بیان کرده بود، تایید نمی کرد. این ایده ها موضوع بحث های مداوم بین طرفداران آنها بود. به ویژه، خود اینشتین روشی را که پودولسکی مشکل را در مقاله معروف EPR بیان کرده بود، تایید نمی کرد. این ایده ها موضوع بحث های مداوم بین طرفداران آنها بود. به ویژه، خود اینشتین روشی را که پودولسکی مشکل را در مقاله معروف EPR بیان کرده بود، تایید نمی کرد.[1] [2]

در سال 1964، جان استوارت بل قضیه معروف خود را مطرح کرد که بیان می کند هیچ نظریه فیزیکی متغیرهای محلی پنهان نمی تواند تمام پیش بینی های مکانیک کوانتومی را بازتولید کند. ضمنی در قضیه این گزاره است که جبرگرایی فیزیک کلاسیک اساساً قادر به توصیف مکانیک کوانتومی نیست. بل این قضیه را بسط داد تا آنچه را که پایه مفهومی آزمایشات بل می شود ارائه دهد. [ نیازمند منبع ]

یک آزمایش معمولی شامل مشاهده ذرات، اغلب فوتون‌ها، در دستگاهی است که برای تولید جفت‌های درهم تنیده طراحی شده و امکان اندازه‌گیری برخی از ویژگی‌های هر یک، مانند اسپین آنها را فراهم می‌کند. سپس نتایج آزمایش را می توان با آنچه توسط رئالیسم محلی و آن چیزی که توسط مکانیک کوانتومی پیش بینی شده بود، مقایسه کرد. [ نیازمند منبع ]

در تئوری، نتایج می‌تواند «تصادفی» با هر دوی آنها سازگار باشد. بل برای پرداختن به این مشکل، توصیفی ریاضی از رئالیسم محلی ارائه کرد که محدودیتی آماری برای احتمال آن احتمال قائل شد. اگر نتایج یک آزمایش نابرابری بل را نقض کند، متغیرهای پنهان محلی را می توان به عنوان علت آنها رد کرد. محققان بعدی با پیشنهاد نابرابری‌های جدیدی که در خدمت همان هدف هستند و ایده‌های اساسی را به هر طریقی اصلاح می‌کنند، کار بل را پایه‌گذاری کردند. [3] [4] در نتیجه، اصطلاح «نابرابری بل» می‌تواند به هر یک از تعدادی از نابرابری‌های برآورده‌شده توسط نظریه‌های متغیرهای پنهان محلی باشد. در عمل، بسیاری از آزمایش‌های امروزی از نابرابری CHSH استفاده می‌کنند. همه این نابرابری‌ها، مانند آنچه بل ابداع کرد، این ایده را بیان می‌کند که با فرض واقع‌گرایی محلی، محدودیت‌هایی بر نتایج آماری آزمایش‌ها روی مجموعه‌ای از ذراتی که در یک برهمکنش شرکت کرده‌اند و سپس جدا شده‌اند، ایجاد می‌کند. [ نیازمند منبع ]

تا به امروز، تمام تست‌های بل از نظریه فیزیک کوانتومی پشتیبانی کرده‌اند و نه از فرضیه متغیرهای پنهان محلی. [ نیازمند منبع ]

انجام آزمایش های تست بل نوری [ ویرایش ]

در عمل، بیشتر آزمایش‌های واقعی از نور استفاده می‌کنند، که فرض می‌شود به شکل فوتون‌های ذره‌مانند (تولید شده توسط آبشار اتمی یا تبدیل پارامتری خود به خود به پایین )، به جای اتم‌هایی که بل در ابتدا در ذهن داشت، استفاده کرده‌اند. ویژگی مورد علاقه، در بهترین آزمایشات شناخته شده، جهت قطبش است، اگرچه می توان از ویژگی های دیگری نیز استفاده کرد. چنین آزمایشاتی بسته به اینکه آنالایزرهای مورد استفاده دارای یک یا دو کانال خروجی هستند به دو دسته تقسیم می شوند.