贝尔不等式是谁提出的(贝尔不等式的背景)
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贝尔不等式的背景
1928年7月28日,约翰·斯图尔特·贝尔(John Stewart Bell)出生在北爱尔兰的首府贝尔法斯特。17岁时他进入贝尔法斯特女王大学攻读物理,虽然主修的是实验物理,但他同时也对理论物理表现出非凡的兴趣。特别是方兴未艾的量子论,它展现出的深刻的哲学内涵令贝尔相当沉迷。 但贝尔对概率论的哥本哈根解释不置可否。贝尔想要的是一个确定的,客观的物理理论,他把自己描述为一个爱因斯坦的忠实追随者。毕业以后,贝尔先是进入英国原子能研究所(AERE)工作,后来转去了欧洲核子研究组织(CERN)。他的主要工作集中在加速器和粒子物理领域方面。1952年玻姆隐变量理论问世,这使贝尔感到相当兴奋。贝尔觉得,隐变量理论正是爱因斯坦所要求的东西,可以完成对量子力学的完备化。1963年,贝尔在日内瓦遇到了约克教授,两人对此进行了深入的讨论,贝尔逐渐形成了他的想法,对EPR佯缪长期的争论很感忧虑。贝尔最初同意玻姆的理论,并沿玻姆的思路进行着研究,认为爱因斯坦的隐变量一定存在着,并且理应在现代物理学框架之内。1964年,贝尔意外地发现了贝尔不等式以及贝尔不等式实验验证的可能性,还有一些带推测性质的预言。他把论文投寄到科学期刊,但久无回音,原来把它遗忘了。幸运的是又把它重新找到,当正式发表出来,已过了一、二年。 1927年,在布鲁塞尔的第五届索尔维会议上,德布罗意在会上讲述了他的“导波”理论。德布罗意不相信玻尔的互补原理,亦即电子同时又是粒子又是波的解释。德布罗意想象,电子始终是一个实实在在的粒子,但它受到时时伴随着它的那个波的影响。德布罗意认为量子效应表面上的随机性完全是由一些不可知的变量所造成的。假如把那些额外的变量考虑进去,整个系统是确定和可预测的,符合严格因果关系的。这样的理论称为“隐变量理论”(Hidden Variable Theory)。 玻姆的隐变量理论是德布罗意导波的一个增强版,只不过他把所谓的“导波”换成了“量子势”(quantum potential)的概念。在他的描述中,一个电子除了具有通常的一些性质,比如电磁势之外,还具有所谓的“量子势”。这其实就是一种类似波动的东西,它按照薛定谔方程发展,在电子的周围扩散开去。但是,量子势所产生的效应和它的强度无关,而只和它的形状有关,这使它可以一直延伸到宇宙的尽头,而不发生衰减。在玻姆理论里,像电子这样的基本粒子本质上是一个经典的粒子,但以它为中心发散出一种势场,使它每时每刻都对周围的环境了如指掌。当一个电子向一个双缝进发时,它的量子势会在它到达之前便感应到双缝的存在,从而指导它按照标准的干涉模式行动。如果实验者试图关闭一条狭缝,无处不在的量子势便会感应到这一变化,从而引导电子改变它的行为模式。如果试图去测量一个电子的具体位置,测量仪器将首先与它的量子势发生无法直接被观测的作用。 玻姆理论能够很大程度上满足观测,数学形式却极为繁琐。且玻姆在恢复了世界的实在性和决定性之后,却放弃了另一样东西:定域性(Locality)。定域性指的是,在某段时间里,所有的因果关系都必须维持在一个特定的区域内,而不能超越时空来瞬间地作用和传播。但是在玻姆那里,他的量子势可以瞬间传播粒子所需要的信息。
贝尔不等式为什么不成立
贝尔不等式不成立意味着贝尔定理。
在理论物理学中,贝尔不等式是一个有关是否存在完备局域隐变量理论的不等式。实验表明贝尔不等式不成立,说明不存在关于局域隐变量的物理理论可以复制量子力学的每一个预测(即贝尔定理)。
在经典物理学中,此一不等式成立。在量子物理学中,此一不等式不成立,即不存在这样的理论,其数学形式为∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy。
贝尔不等式
贝尔不等式是1964年贝尔提出的一个强有力的数学不等式。该定理在定域性和实在性的双重假设下,对于两个分隔的粒子同时被测量时其结果的可能关联程度建立了一个严格的限制。
而量子力学预言,在某些情形下,合作的程度会超过贝尔的极限,也即,量子力学的常规观点要求在分离系统之间合作的程度超过任何“定域实在性”理论中的逻辑许可程度。
贝尔不等式提供了用实验在量子不确定性和爱因斯坦的定域实在性之间做出判决的机会。目前的实验表明量子力学正确,决定论的定域的隐变量理论不成立。
贝尔不等式可以应用于任何由两个相互纠缠的量子位元所组成的量子系统。最常见的范例是纠缠于自旋或偏振的粒子系统。
量子世界中贝尔不等式成立吗
2022诺贝尔物理学奖证明了贝尔不等式在量子世界中不成立。
一、2022年的诺贝尔物理学奖已经正式揭晓了。获奖的理由是“用纠缠光子验证了量子不遵循贝尔不等式,开创了量子信息学”。根据诺贝尔奖委员会的说明,这三名科学家获奖是因为,用光子纠缠实验,证实了贝尔不等式在量子世界中不成立,并开创了量子信息学科。
二、在理论物理学中,贝尔不等式是一个有关是否存在完备局域隐变量理论的不等式。实验表明贝尔不等式不成立,说明不存在关于局域隐变量的物理理论可以复制量子力学的每一个预测(即贝尔定理)。
三、在经典物理学中,此一不等式成立。在量子物理学中,此一不等式不成立,即不存在这样的理论,其数学形式为∣Pxz-Pzy∣≤1+Pxy。
四、贝尔不等式是1964年贝尔提出的一个强有力的数学不等式。定理在定域性和实在性的双重假设下,对于两个分隔的粒子同时被测量其结果的可能关联程度建立了一个严格的限制。
五、而量子力学预言,在某些情形下,合作的程度会超过贝尔的极限,也即,量子力学的常规观点要求在分离系统之间合作的程度超过任何“定域实在性”理论中的逻辑许可程度。贝尔不等式提供了用实验在量子不确定性和爱因斯坦的定域实在性之间做出判决的机会。
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