Сначала краткий обзор, потому что, возможно, мое понимание / предположения ошибочны (вы можете перейти к вопросу, выделенному жирным шрифтом ниже, если хотите):
Неравенства Белла требуют, чтобы точная (предсказывающая) теория не могла включать локальный реализм (или иметь локальные скрытые переменные).
Теорема Белла в сочетании с экспериментальной проверкой ограничивает виды свойств, которыми может обладать квантовая теория, из которых основной вывод состоит в том, что квантовая механика не может удовлетворять как принципу локальности, так и контрфактической определенности.
~ WP:Интерпретации квантовой механики
В квантовой запутанности состояния частиц квантовой системы коррелируются таким образом, что кажется, что измерение одной частицы мгновенно влияет на другую, независимо от расстояния между ними. Эйнштейн не мог поверить, что теория, включающая такой, казалось бы, нелокальный «эффект», может быть верной и полной, и назвал это «призрачным действием на расстоянии». В 2015 году два эксперимента без лазеек (за исключением, по крайней мере, супердетерминизма) еще лучше подтвердили теорему Белла и доказали мгновенный нелокальный коллапс волновой функции частицы. В 2018 году два эксперимента закрыли две оставшиеся лазейки , а в 2019 году запутанность Белла была сфотографирована.
Однако похоже, что многие — или большинство вовлеченных ученых — считают, что здесь нет ничего, что можно было бы грубо описать как «действие»: согласно им и предпочитаемым теориям измерение частицы не влияет на удаленную частицу или что-либо еще, что, в свою очередь, «влияет на "удаленная частица. И наоборот, вселенная или какой-либо другой механизм не оказывает мгновенного «воздействия» на удаленную частицу. Это потому, что в соответствии с принципом локальности два пространственно разнесенных объекта не могут иметь мгновенного взаимного влияния — в нашей вселенной никакие эффекты не могут быть опосредованы быстрее, чем свет. Отсюда и из-за того, что эксперимент 2015 года опроверг лишь реалистско-локалистские теории, а не локальность, например эта статьяв «Нью-Йорк Таймс» был неверным и остается неисправленным — в нем говорилось [выделено мной]:
[...] эксперимент, который, по их словам, подтвердил одно из самых фундаментальных утверждений квантовой теории — что объекты, разделенные большим расстоянием, могут мгновенно влиять на поведение друг друга . Открытие является еще одним ударом по одному из основополагающих принципов стандартной физики, известному как «локальность», который гласит, что на объект напрямую влияет только его непосредственное окружение.
В то же время похоже, что кажущийся мгновенным «эффект» также не связан со «скрытыми переменными», которые сделали бы его похожим на «носки Бертлмана» (если вы знаете, что у вас цветной носок, вы знаете, что Бертлманн, должно быть, взял носок). цвета х).
Но значит ли это, что волновая функция не может измениться при запутывании? Разве измененная волновая функция или что-то подобное не допустили бы случайных и непредсказуемых, но коррелированных результатов? Результаты не должны быть предсказуемыми или не «случайными», чтобы быть коррелированными. Хотя, наверное, это отдельный вопрос. Но похоже, что волновую функцию также можно считать (не скрытой) переменной: здесь @FrédéricGrosshans пишет:
Для квантовой теории волновая функция объекта является скрытой переменной.
И лучше ли коллапс волновой функции описать как изменение нашего знания, чем как «настоящее» (за пределами реальности нашего локального знания) «изменение» удаленной частицы? Здесь @LubošMotl, по-видимому, популярно утверждает именно это:
Но этот шаг, на котором первоначальные полные вероятности для второй частицы были заменены условными вероятностями, учитывающими известный исход, связанный с первой частицей, является просто изменением наших знаний, а не отдаленным влиянием одной частицы на другую. .
Многие повсюду говорят, что неравенства Белла в основном означают, что нужно отказаться от локальности или реализма.
То же самое касается концепции отказа от реализма и сохранения локальности.
Здесь @pwf объясняет, почему традиционные теории, сохраняющие локальность, более распространены:
Ученые остановились на нереалистичной теории (т.е. КМ), потому что по сравнению с единственной жизнеспособной реалистичной теорией (пока что), которой является бомовская механика, она была разработана первой, ее легче использовать для вычислений, и она оказалась очень полезной. и успешный
и @Timaeus в упрощенном виде объяснил другую причину более распространенной точки зрения, сказав:
В чем смысл реалистической нелокальной теории? Если кто-то издалека может испортить ваши реалистические вещи, то как вы можете делать какие-либо локальные прогнозы, если вы не усредните влияние, которое люди издалека могут оказать на ваши вещи.
Кроме того, здесь в верхнем ответе говорится:
Локальность — это предположение о том, что на объект может влиять только его непосредственное окружение, события, которые произошли в его непосредственном прошлом. Все классические и квантовые теории поля существенным образом зависят от этого предположения. Нелокальность подразумевает, что два события, которые отделены друг от друга пространственным разделением, могут влиять друг на друга. Некоторые люди ошибочно требуют (имхо), что запутанность типа ЭПР нарушает локальность. На самом деле никогда не бывает. Все, от чего нужно отказаться, — это реализм. Запутанность просто показывает, что существуют квантовые корреляции между частицами, которые в прошлом имели какое-то общее происхождение. Это также показывает, что если бы это был классический мир, то эффекты запутанности ЭПР были бы нелокальными. Но мы живем в квантовом мире и нет нелокальности.
Короче говоря, как выразился @EmilioPisanty :
Современные физики, грубо говоря, склонны отбрасывать реализм, чтобы сохранить локальность.
А вот авторы пишут:
Измерение или иное взаимодействие с квантовой системой S не влияет на удаленные системы, от которых S динамически изолирована, даже если они запутаны с S.
Теперь меня смущает ряд экспериментов, поскольку они, кажется, предполагают, что от локальности следует отказаться и что «призрачное действие на расстоянии» действительно может быть некоторой формой нелокального «действия», а не в основном «(не)призрачной корреляцией на расстоянии». расстояние":
«Экспериментальные нелокальные и сюрреалистические траектории Бома»,
о которых сообщалось :
Команда считает, что это означает, что траектория первого фотона изменила поляризацию зонда — в соответствии с идеями Бома о нелокальных взаимодействиях.
В самом последнем эксперименте Стейнберг и его коллеги показали, что сюрреализм был следствием нелокальности — факта, что частицы могли мгновенно влиять друг на друга на расстоянии. На самом деле «неправильные» предсказания траекторий запутанными фотонами на самом деле были следствием того, где в их ходе измерялись запутанные частицы. Учитывая обе частицы вместе, измерения имели смысл и соответствовали реальным траекториям. Стейнберг указывает, что и стандартная интерпретация квантовой механики, и интерпретация де Бройля-Бома согласуются с экспериментальными данными и математически эквивалентны.
а в исследовании написано:
мы демонстрируем нелокальность, присутствующую в механике Бома, показывая, что на траекторию фотона 1 влияет удаленный выбор того, как измерять фотон 2
«Экспериментальная демонстрация квантового затвора, закрывающего две щели одновременно» (и «Нелокальные изменения положения фотона, обнаруженные квантовыми маршрутизаторами»):
может ли один затвор одновременно закрыть две щели, фактически находясь в суперпозиции разных мест? [...] Эта экспериментальная демонстрация, где сильное измерение и нелокальная суперпозиция кажутся сосуществующими
и последующее исследование сообщается с :
Кажущееся исчезновение частиц в одном месте в одно и то же время — и их повторное появление в другое время и в другом месте — предлагает новое и необычное видение лежащих в основе процессов, связанных с нелокальным существованием квантовых частиц.
и
«Возможно, суперпозиция — это набор еще более безумных состояний», — говорит Элицур. «Квантовая механика просто говорит вам об их среднем значении». Он предполагает, что последующая селекция позволяет изолировать и исследовать только некоторые из этих состояний с большим разрешением. Такая интерпретация квантового поведения была бы, по его словам, «революционной», потому что она повлекла бы за собой доселе неизвестный зверинец реальных (но очень странных) состояний, лежащих в основе контринтуитивных квантовых явлений.
но и
«Эксперимент обязательно сработает», — говорит Уортон, но добавляет, что «никого ни в чем не убедит, поскольку результаты предсказываются стандартной квантовой механикой».
[...]
Элицур соглашается, что их эксперимент мог быть задуман с использованием общепринятого взгляда на квантовую механику, преобладавшего десятилетия назад, но этого никогда не было. [...] И если кто-то думает, что может сформулировать другую картину того, «что на самом деле происходит» в этом эксперименте, используя стандартную квантовую механику, он добавляет: «Ну, пусть идут!»
Наблюдаемое двухфотонное состояние демонстрирует, что запутанность может быть разделена между времениподобной разделенной квантовой системой.
Чего я тогда не понимаю, так это почему люди говорят, что нужно выбирать между отказом от локальности и реализмом (/контрфактическая определенность/неконтекстуальность), причем последний предпочитается большинством: не должна ли локальность на квантовом уровне (также ) отказаться из-за этих экспериментов? Или они просто доказывают «квантовую нелокальность», имея в виду только кажущиеся нелокальными эффекты запутанности, которые только кажутся нелокальными, но, скорее всего, таковыми не являются?
Если от локальности следует отказаться, не будет ли терминология «действие на расстоянии» правильной с спорной степенью/определенностью и из-за отсутствия лучшего слова?
Обратите внимание, что в последнее время многие также добавляют свободу (свобода выбора/отсутствие заговора/недетерминизм) в качестве третьей переменной. Кроме того, что касается первого эксперимента, я не уверен, имеют ли эти траектории отношение только к интерпретации Бома и не имеет ли эксперимент отношения к нелокальности в стандартной КМ (с чего бы это?)?
(А разве нарушение локальности не означает нарушения локальности на макроскопическом уровне и релятивистской причинности? Например, здесьнаписано, что «причинность налагает только подмножество условий отсутствия сигналов» и что «релятивистская причинность, если ее строго применять, дает гораздо больше свободы для корреляций, чем условия отсутствия сигналов. Последние были просто унаследованы от квантовой механики и, безусловно, делают смысл, если единственными носителями физических взаимодействий являются локальные поля, проявляющие себя как частицы». Они также пишут, что «не только квантовая теория, но и любая будущая теория, которая могла бы содержать квантовую теорию в качестве приближения, теперь должна включать нелокальность как существенное внутреннее свойство» — не означает ли «нелокальность» квантовой механики, что локальность должна быть обязательной? быть брошенным?)
Есть несколько возможных решений, которые я могу придумать:
Извините, ответ довольно хромой и больше связан с PR, импакт-факторами и научной журналистикой, чем с реальной физикой.
Дело в том, что «местность» имеет много разных значений. Прямой смысл в том, что теория локальна, если вы не можете нарушить релятивистскую причинность, т.е. вы не можете получить информацию ни о чем за пределами светового конуса вашего прошлого. "Проблема" в том, что об этом скучно говорить, потому что все разумные (включая всех, кого вы привели) согласны с тем, что КМ в этом смысле локален.
Поэтому вместо этого мы обычно говорим о другом понятии местности. Вместо того чтобы сосредоточиться на вещах, которые реально можно наблюдать, мы говорим, что система нелокальна, если на любую часть нашего описания системы в конкретном формализме, который мы используем в данный момент, можно воздействовать быстрее, чем на свет. Конечно, это означает, что локальность полностью зависит от формализма, который вы используете.
Чтобы взять, возможно, до смешного простой пример, рассмотрим следующие две модели подбрасывания монеты.
Обе теории локальны в первом смысле — вы не можете использовать подбрасывание монеты для какого-либо сигнала. Однако (2) является нелокальным во втором смысле, потому что для того, чтобы вычислить, что будет делать монета, нам нужна нелокальная информация. Эти две «интерпретации» подбрасывания монеты полностью эквивалентны с точки зрения наблюдений во всех отношениях, так что в некотором смысле они являются одинаково хорошими научными теориями для подбрасывания монеты, в том же смысле, что и различные интерпретации КМ одинаково хороши.
Разница между теориями монет, так же как и разница между интерпретациями КМ, заключается в том, что если вы используете (2), вам придется делать более уродливые вычисления и намного усерднее думать. Например, если вы добавили к нему достаточно прибамбасов, может больше не быть очевидным, что он является локальным в первом смысле.
Все эти сенсационные новостные статьи, которые вы видите в модных газетах по оптике, сводятся к выбору описания квантовой механики, которое больше похоже на (2), чем на (1). За пределами этого крошечного подполя приманки Природа/Наука никто на самом деле не использует описания типа (2) ни для чего. Это потому, что основное преимущество использования описаний, подобных (2), в оптике заключается в том, что они звучат более безумно , позволяя делать именно те заявления, которые сбили вас с толку выше, стать вирусными и получить одобрение своей статьи.
Местность не должна быть оставлена.
Но:
КМ показывает, что некоторые экспериментальные корреляции не имеют причинно-следственных объяснений. Экспериментальные подтверждения нарушения неравенств Белла показывают, что к случайной части КМ, правилу Борна, следует относиться серьезно: никакой детерминистический механизм не скрыт за [кажущимися] случайными результатами, потому что такой механизм нуждался бы в скрытые переменные для поддержания пространственно-подобных разделенных корреляций измерений, а скрытые переменные — это именно то, что позволяет отбросить результат Белла.
Означает ли наблюдаемое существование непричинных корреляций, что локальность недействительна? Как объясняет Кнчжоу в своем ответе, нет, потому что действительно случайный характер результатов измерения не допускает действия на расстоянии, а действие на расстоянии было бы истинным маркером нелокальности.
Именно потому, что действие на расстоянии все еще невозможно, я впервые сказал, что КМ демонстрирует некаузальные корреляции: это две стороны одной медали. Причинность и локальность тесно связаны самой структурой пространства-времени.
Итак, мы имеем следующую ситуацию: как разобраться в непричинных корреляциях? Опять же, как объясняет knzhou, в некотором смысле нам вообще не нужно заниматься этим вопросом. В конце концов, никакая физика не будет изменена каким-либо пониманием, которое мы можем получить о ней, потому что мы все равно не сможем получить какое-либо действие на расстоянии от этого понимания. Но это по-прежнему чрезвычайно увлекательный вопрос, и правильный ответ на него может позволить нам продвинуть наше физическое понимание природы на следующий уровень.
Я могу ответить только в отношении первого эксперимента, который вы упомянули «Экспериментальные нелокальные и сюрреалистические бомовские траектории», поскольку я недостаточно понимаю другие, но, надеюсь, это поможет. В своем вопросе вы пишете: «Относительно первого эксперимента я не уверен, имеют ли эти траектории отношение только к бомовской интерпретации и не имеет ли эксперимент никакого отношения к нелокальности в стандартной КМ». Я почти уверен, что это подозрение, которое у вас было, верно, но для того, чтобы объяснить это, нам нужно изучить, что включает в себя бомовская механика.
Механика Бома - это интерпретация КМ, которая дает точно такие же экспериментальные предсказания, как и стандартная КМ, но объясняет их иначе, чем другие интерпретации. Как вы заметили, теорема Белла говорит нам, что нам нужно отбросить локальность или реализм, и большинство интерпретаций решают отбросить реализм. Бомовская механика отбрасывает локальность и сохраняет реализм. В нем говорится, что, когда мы стреляем частицами в двойную щель, каждая из них следует четко определенной траектории от щелей к экрану — это реализм, которого нет в интерпретациях, таких как копенгагенская интерпретация. Однако потенциал, направляющий частицу по этой траектории, возникает в результате мгновенного взаимодействия с другими частицами на произвольных расстояниях — он нелокален. Таким образом, будучи реалистом, механика Бома должна отбросить локальность.
В статье, которую вы упомянули, авторы обращаются к вопросу (которого я, по общему признанию, не понимаю) о бомовских траекториях. Они утверждают, что у этих траекторий есть определенные свойства, которые другие люди неправильно поняли и которые лучше понять, если принять во внимание тот факт, что бомовская механика нелокальна. Вероятно, это интересный результат, но это не означает, что мы должны отказаться от локальности во всей квантовой физике, нам просто нужно отказаться от нее, когда у нас есть реализм, как в механике Бома. Другими словами, теорема Белла остается в силе.
Надеюсь, кто-нибудь еще сможет обратиться к вам по двум другим документам — мне также интересно услышать, что они говорят!
Майкл