[1591] Bell’s Theorem

Title Text:The no-communication theorem states that no communication about the no-communication theorem can clear up the misunderstanding quickly enough to allow faster-than-light signaling.<

Origin:https://xkcd.com/1591/

https://www.explainxkcd.com/wiki/index.php/1591:_Bell%27s_Theorem

马尾辫开始将贝尔定理读到距离5米远的Cueball。 Cueball以1纳秒的速度回应了贝尔定理的误解。真空中的光速为每秒299,792,458米。在一个纳秒内,来自马尾辫的光只会行进0.3米,因此Cueball误解贝尔定理的速度比来自马尾辫读取该定理的光可以达到他的速度更快,这意味着发生某种快于光的通信以建立误解。这会违反当地情况。当然,没有正确的信息传输比光更快(参见下面的标题文字说明)……

这部漫画于2015年10月16日发布,距离自然杂志(DOI:10.1038 /nature15759)上有关第一个无漏洞贝尔定理测试的文章发表前五天(另见贝尔测试实验)。然而,该论文几乎提前两个月于8月24日提交,并且最有可能在此漫画发布之前在线发现。它已于9月28日被大自然所接受,但于2015年10月21日首次在线发布。兰德尔很可能已经意识到这篇论文即将发布,尽管它特别是他没有等到论文发表之后释放。 (这可能是一个元笑话,关于贝尔定理的笑话在关于相关实验的论文发表之前被释放)

贝尔定理指出“(有限多个)局部隐变量的物理理论无法重现量子力学的所有预测。”它说,将宇宙划分为这样的独立(“本地”)系统的理论处理方法总是会丢弃关于这些系统的相互关系的东西。

“全局隐藏变量”是另一个故事:如果存在跨系统共享的经典信息(可能通过超光速通信),甚至直到宇宙只是读取脚本的超确定性,任何相关性都可以被解释掉。但这并不令人满意。

悖论的首选解决方案不是坚持(像早期的物理学家那样)宇宙的状态是比特的集合(经典信息),而是将其视为量子比特(量子信息)的集合。

在量子力学(QM)中,“测量”是允许小系统以受控方式与其环境相互作用的过程。交互允许有关系统状态的信息逃逸到环境中,产生“观察”。如果测量装置受经典力学支配(实际上不可能,但是为了计算的目的而非常常见的简化),那么在最简单的情况下,观察可以被认为是经典信息,有点(是/否答案)。虽然系统在测量之前可能处于无限多状态中的任何一个状态(每个状态都是经典状态的叠加),但测量必须使其与经典结果保持一致这一事实意味着它最终只能在有限多个状态中结束。 。这是早期QM的“波函数崩溃”,由薛定谔的猫推广,但与海森堡不确定性原则无关,而非常规观众常常将其混淆。

现代量子力学承认环境不是经典的,并且波函数崩溃发生在称为“退相干”的(相对)渐进过程中,其中离开系统的信息由来自环境的信息弥补,该信息使系统更加接近并且更接近上述简化模型预测的有限多个状态之一。如果一个“薛定谔猫”处于“死”和“活着”状态的半个叠加位置,当测量其活跃度时,“死”和“活着”的比例将迅速向(尽管不完全达到)0和100%或100和0%。除了最短的时间尺度之外,猫的测量后状态也可能是经典的。纠缠是这样一种情况,即在经典世界中独立的两个或多个测量的未来结果仍然是相关的。例如,来自一个源的两个广泛分离的电子可以处于这样的状态,其中,单独考虑,每个处于叠加的旋转/旋转状态,但是如果一个被测量为旋转,则另一个将被测量作为减速。如果将两个电子建模为单个系统,这是不成功的,但如果我们认为它们是分开的,那就很奇怪:第一个电子的测量如何允许来自周围环境的信息影响远处的第二个电子?似乎电子正在以超光速的速度进行通信,这会违反相对性或因果关系。实际上,有一个相当简单的证据(见下文),纠缠的相关性不能用于沟通,因果关系和相对性是安全的。但这并不能使看似比光速更快的效果更令人惊讶。

人们可以尝试通过考虑“本地隐藏变量”来解决这些问题,本地系统的经典属性(如单个电子)本来可以观察到但不是。例如,也许电子状态的经典部分让他们在被纠缠的那一刻“同意”未来的经典状态,然后他们只是在未来揭示这种状态。但这变得笨拙:电子必须达成一致的无限可能的未来观察,如果没有无限多的局部隐藏变量,似乎很难做到这一点。

标题文本开玩笑说关于无通信定理。真正的定理指出,虽然纠缠对的一半的状态的确定立即决定了另一半的状态,但是可能是另一半,但另一半的观察者没有办法看他是否是第一个找到的出国或是否已由第一位观察员确定。因此,没有信息从一个观察者传播到另一个观察者。

兰德尔的无通信定理版本指出,无论你如何尝试发送关于这个定理的信息(没有关于无通信定理的通信),它都无法快速清除对贝尔定理的误解,以至于任何正确的信息(关于贝尔的定理)实际上比光更快地转移。所以结论与真正的无通信定理相同 – 不可能比光信号更快……

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