Comment la théorie de Bell a prouvé que « l’activité effrayante à distance » est réelle
La racine du changement quantique de nos jours était le théorème de John Stewart Bell de 1964 montrant que la mécanique automobile quantique permet des connexions instantanées entre des zones éloignées.
Nous tenons pour acquis qu’une occasion dans une partie du monde ne peut pas immédiatement influencer ce qui se passe ailleurs. Ce concept, que les physiciens appellent la localité, a longtemps été considéré comme une présomption fondamentale concernant les lois de la physique. Ainsi, lorsque Albert Einstein et deux collègues ont montré en 1935 que les techniciens quantiques permettent « une action effrayante à distance », comme le dit Einstein, cette caractéristique du concept est apparue très suspecte. Les physiciens se sont demandé si la mécanique automobile quantique manquait quelque chose.
Après cela, en 1964, d’un trait de plume, le physicien nord-irlandais John Stewart Bell a fait passer la localité d’un concept précieux à une théorie vérifiable. Bell a prouvé que les techniciens quantiques prédisaient des connexions statistiques plus fortes dans les résultats de mesures spécifiques éloignées que n’importe quel concept local. Au fil des ans, je pensais que les expériences avaient maintes fois justifié la mécanique quantique de l’automobile.
La thèse de Bell a bouleversé nos instincts les plus profonds concernant la physique et a motivé les physiciens à découvrir comment la mécanique automobile quantique pourrait permettre des tâches inconcevables dans un monde intemporel. “Le changement quantique qui se produit actuellement, et toutes ces technologies quantiques, c’est 100% grâce à la théorie de Bell”, affirme Krister Shalm, physicien quantique à l’Institut national des critères et de l’innovation.
Voici comment la théorie de Bell a révélé que « l’activité effrayante à distance » est réelle.
Des hauts et des bas
L’« activité effrayante » qui a troublé Einstein entraîne un phénomène quantique connu sous le nom de complication, dans lequel deux bits que nous prendrions normalement des entités distinctes perdent leur indépendance. Célèbre, dans la mécanique automobile quantique, la zone d’une particule, la polarisation et d’autres foyers peuvent être incertains jusqu’à la minute où ils sont mesurés. Pourtant, la détermination des propriétés des fragments intriqués donne des résultats fortement corrélés, même lorsque les particules sont éloignées les unes des autres et mesurées pratiquement simultanément. Le résultat incertain d’une mesure semble influencer immédiatement le résultat de l’autre, quelle que soit la plage entre eux, une violation flagrante de la zone.
Pour mieux comprendre les complications, considérons une propriété résidentielle ou commerciale d’électrons et de la plupart des autres bits quantiques appelés spin. Les bits avec spin agissent plutôt comme de minuscules aimants. Lorsque, par exemple, un électron traverse un champ électromagnétique produit par un ensemble de pôles magnétiques nord et sud, il est dévié d’une quantité fixe vers un poste ou l’autre. Cela montre que le spin de l’électron est une quantité qui peut n’avoir qu’une des deux valeurs : « vers le haut » pour un électron dispersé vers le poste nord et « vers le bas » pour un électron dévié vers le poste sud.
Imaginez un électron traversant une région avec le pôle Nord juste au-dessus et le pôle Sud juste en dessous. Jauger sa déviation révélera si le spin de l’électron est « vers le haut » ou « vers le bas » le long de l’axe vertical. Faites actuellement pivoter l’axe entre les pôles de l’aimant en l’éloignant de la verticale et procédez à la déviation le long de ce nouvel axe. Encore une fois, l’électron va certainement dévier constamment de la même quantité vers l’un des postes. Vous évaluerez constamment un spin binaire d’une valeur vers le haut ou vers le bas le long de n’importe quel axe.
En fin de compte, il n’est pas possible de construire un détecteur capable de mesurer le spin d’une particule le long de plusieurs axes simultanément. La théorie quantique affirme que cette propriété résidentielle ou commerciale des détecteurs de spin est une propriété résidentielle du spin lui-même : si un électron a un spin précis le long d’un axe, son spin le long de tout autre axe n’est pas défini.
Variables cachées de quartier
Grâce à cette compréhension du spin, nous pouvons concevoir une expérience d’idée que nous pouvons utiliser pour prouver le théorème de Bell. Considérons un certain cas d’état intriqué : un ensemble d’électrons dont le spin global est nul, ce qui implique que les mesures de leurs spins le long d’un axe donné généreront toujours des résultats contraires. Ce qui est impressionnant à propos de cet état noué, c’est que, bien que le spin total ait cette certaine valeur le long de tous les axes, le spin privé de chaque électron est incertain.
Cela signifie que ces électrons intriqués sont divisés et déplacés vers des laboratoires éloignés, et que les équipes de chercheurs de ces laboratoires peuvent faire tourner les aimants de leurs détecteurs particuliers comme bon leur semble lors de l’exécution des dimensions de spin.
Lorsque les deux groupes mesurent le long du même axe, ils obtiennent des résultats contraires 100 % du temps. Mais est-ce là une preuve de non-localité ? Pas toujours.
De plus, Einstein a recommandé que chaque ensemble d’électrons soit accompagné d’une collection liée de « variables cachées » définissant les rotations des fragments le long de tous les axes simultanément. Ces variables surprises sont absentes de la description quantique de l’état intriqué, mais la mécanique quantique n’éclaire peut-être pas toute l’histoire.
Les concepts de variables surprises peuvent expliquer pourquoi les mesures sur le même axe donnent constamment des résultats opposés sans offenser la zone : une dimension d’un électron n’affecte pas l’autre, mais révèle la valeur préexistante d’une variable cachée.
Bell a confirmé que vous pouviez éliminer les concepts de variables surprises locales et éliminer la localité en mesurant les rotations des particules enchevêtrées le long de divers axes.
Attendez-vous, pour les débutants, à ce qu’un groupe de scientifiques fasse pivoter son détecteur par rapport aux autres laboratoires de 180 niveaux. Cela équivaut à échanger ses pôles nord et sud, donc un résultat “en haut” pour un électron ne serait jamais accompagné d’un résultat “en bas” pour l’autre. Les chercheurs pourraient également choisir de le faire pivoter d’un montant intermédiaire – 60 degrés, disons. Selon l’alignement des aimants de l’être cher dans les deux laboratoires, la probabilité de résultats contraires peut varier entre 0 % et 100 %.
Sans définir d’orientations particulières, entendez que les deux groupes s’accordent sur un ensemble de trois axes dimensionnels possibles, que nous pouvons identifier A, B et C. Pour chaque paire d’électrons, chaque laboratoire mesure le spin de l’un des électrons avec l’un de ces trois axes choisis au hasard.
Permet actuellement de présumer que le monde s’explique par un concept de variable surprise régionale au lieu de la mécanique automobile quantique. Dans cette situation, chaque électron a sa propre valeur de spin dans chacune des trois directions. Cela entraîne huit ensembles de valeurs possibles pour les variables cachées, que nous pouvons classer de la manière suivante :
L’ensemble des valeurs de spin étiquetées 5, à titre d’exemple, dicte que le résultat d’une dimension le long de l’axe A dans le premier laboratoire sera « vers le haut », tandis que les dimensions avec les axes B et C seront certainement « vers le bas » ; les valeurs de spin du deuxième électron seront certainement contraires.
Pour tout ensemble d’électrons ayant des valeurs de spin identifiées comme 1 ou 8, les mesures dans les deux laboratoires donneront certainement toujours des résultats contraires, quels que soient les axes sur lesquels les chercheurs choisissent de mesurer. Les six autres ensembles de valeurs de spin produisent tous une cause opposée à 33 % de dimensions d’axes différents. (A titre d’exemple, pour les valeurs de spin classées 5, les laboratoires obtiendront certainement des résultats contraires lorsque l’un mesure selon l’axe B tandis que l’autre mesure selon C ; cela représente un tiers des choix possibles.).
Par conséquent, les laboratoires obtiendront des résultats opposés en mesurant le long de divers axes au moins 33 % du temps ; de manière équivalente, ils obtiendront le même résultat au plus 67% du temps. Ce résultat, une borne supérieure des relations permises par les concepts de variables surprises régionales, est l’inégalité au cœur de la théorie de Bell.
Au-dessus de la limite
Maintenant, qu’en est-il de la mécanique automobile quantique ? Nous nous intéressons à la probabilité que les deux laboratoires obtiennent le même résultat en mesurant les spins des électrons le long d’axes différents. Les équations de la théorie quantique donnent une formule pour cette chance en tant que caractéristique des angles entre les axes de dimension.
Selon la formule, lorsque les trois axes sont tous aussi éloignés que possible, c’est-à-dire tous les 120 niveaux, comme dans le logo Mercedes, les deux laboratoires obtiendront certainement le même résultat 75% du temps. Cela dépasse la limite supérieure de Bell de 67 %.
C’est l’importance de la théorie de Bell : si la région est valable et qu’une mesure d’une particule ne peut pas influer sur un résultat d’une autre mesure, alors les résultats d’une configuration spéculative particulière ne peuvent pas être associés à plus de 67 %. Si, d’un autre côté, les destins des fragments noués sont complètement liés également à travers des gammes substantielles, comme en mécanique quantique, les résultats de certaines dimensions présenteront certainement des connexions plus puissantes.
À cause des années 1970, les physiciens ont fait des tests spéculatifs de plus en plus exacts de la théorie de Bell. Chacun a vérifié les solides relations des techniciens quantiques. Au cours des cinq dernières années, diverses échappatoires ont été comblées. Les physiciens continuent de se débattre avec les ramifications de la thèse de Bell, mais la conclusion typique est que cette région, cette présomption de longue date concernant la loi physique, n’est pas une caractéristique de notre monde.
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