Zunächst eine kurze Zusammenfassung, da mein Verständnis/meine Annahmen möglicherweise fehlerhaft sind (Sie können zu der unten fett hervorgehobenen Frage springen, wenn Sie möchten):
Bells Ungleichungen erfordern, dass eine genaue (voraussagende) Theorie keinen lokalen Realismus beinhalten (oder lokale verborgene Variablen haben kann).
Der Satz von Bell, kombiniert mit experimentellen Tests, schränkt die Arten von Eigenschaften ein, die eine Quantentheorie haben kann, wobei die Hauptimplikation darin besteht, dass die Quantenmechanik nicht sowohl das Prinzip der Lokalität als auch die kontrafaktische Bestimmtheit erfüllen kann.
~ WP: Interpretationen der Quantenmechanik
Bei der Quantenverschränkung werden die Zustände der Teilchen eines Quantensystems so korreliert, dass es den Anschein hat, als würde die Messung eines Teilchens das andere unabhängig vom Abstand zwischen ihnen sofort beeinflussen. Einstein konnte nicht glauben, dass eine Theorie, die einen solchen scheinbar nichtlokalen „Effekt“ beinhaltet, wahr und vollständig sein könnte und nannte sie „spukhafte Fernwirkung“. Im Jahr 2015 bestätigten zwei schlupflochfreie (mit Ausnahme von zumindest Superdeterminismus) Experimenten Bells Theorem noch besser und bewiesen den sofortigen nichtlokalen Kollaps der Wellenfunktion eines Teilchens. 2018 schlossen zwei Experimente zwei verbleibende Schlupflöcher und 2019 wurde Bells Verschränkung fotografiert.
Es scheint jedoch, dass viele - oder die meisten beteiligten Wissenschaftler - glauben, dass nichts grob als "Aktion" zu beschreiben ist: Nach ihnen und den bevorzugten Theorien beeinflusst die Messung des Teilchens weder das entfernte Teilchen noch irgendetwas anderes, was wiederum "beeinflusst". „Das entfernte Teilchen. Umgekehrt hat auch das Universum oder irgendein anderer Mechanismus der Messung keinen sofortigen „Einfluss“ auf das entfernte Teilchen. Denn nach dem Lokalitätsprinzip können sich zwei räumlich getrennte Objekte nicht augenblicklich gegenseitig beeinflussen - innerhalb unseres Universums kann keine Wirkung schneller vermittelt werden als Licht. Daher und weil das Experiment von 2015 nur realistisch-lokalistische Theorien und nicht die Lokalität widerlegte, zum Beispiel diesen Artikelin der New York Times war falsch und bleibt unkorrigiert - es hieß [Hervorhebung von mir]:
[...] Experiment, von dem sie sagen, dass es eine der grundlegendsten Behauptungen der Quantentheorie bewies - dass Objekte, die durch große Entfernung voneinander getrennt sind, das Verhalten des anderen augenblicklich beeinflussen können . Der Fund ist ein weiterer Schlag gegen eines der Grundprinzipien der Standardphysik, das als „Lokalität“ bekannt ist und besagt, dass ein Objekt nur von seiner unmittelbaren Umgebung direkt beeinflusst wird
Gleichzeitig sieht es so aus, als ob der scheinbar sofortige "Effekt" auch nicht auf "versteckte Variablen" zurückzuführen ist, die es wie "Bertlmanns Socken" machen würden (wenn Sie wissen, dass Sie eine Socke mit Farbe haben, wissen Sie, dass Bertlmann eine Socke genommen haben muss der Farbe x).
Aber bedeutet das, dass die Wellenfunktion bei der Verschränkung nicht verändert werden kann? Würde eine veränderte Wellenfunktion oder ähnliches nicht zufällige und unvorhersehbare, aber korrelierte Ergebnisse ermöglichen? Ergebnisse müssen nicht vorhersehbar oder nicht „zufällig“ sein, um korreliert zu werden. Das ist aber wahrscheinlich eine eigene Frage. Aber es scheint, als könnte die Wellenfunktion auch als (nicht versteckte) Variable betrachtet werden: hier schreibt @FrédéricGrosshans:
Für die Quantentheorie ist die Wellenfunktion des Objekts die verborgene Variable.
Und ist der Kollaps der Wellenfunktion besser als eine Veränderung unseres Wissens zu beschreiben als als eine „echte“ (jenseits der Realität unseres lokalen Wissens) „Veränderung“ des entfernten Teilchens? Hier behauptet @LubošMotl offenbar im Volksmund genau das:
Aber dieser Schritt, in dem die ursprünglichen Gesamtwahrscheinlichkeiten für das zweite Teilchen durch die bedingten Wahrscheinlichkeiten ersetzt wurden, die das bekannte Ergebnis des ersten Teilchens berücksichtigen, ist nur eine Änderung unseres Wissens - kein entfernter Einfluss eines Teilchens auf das andere .
Viele Leute überall sagen, dass Bells Ungleichungen im Grunde bedeuten, dass man Lokalität oder Realismus aufgeben muss.
Dasselbe gilt für die Vorstellung, dass der Realismus aufgegeben und die Lokalität bewahrt werden soll.
Hier erklärt @pwf, warum traditionelle Theorien, die die Lokalität bewahren, häufiger sind:
Wissenschaftler haben sich für die unrealistische Theorie (dh QM) entschieden, weil sie im Vergleich zu der (bisher) einzig realisierbaren realistischen Theorie, der Bohmschen Mechanik, zuerst entwickelt wurde, einfacher für Berechnungen zu verwenden ist und sich als äußerst nützlich erwiesen hat und erfolgreich
und @Timaeus erklärte vereinfacht gesagt einen weiteren Grund für den häufigeren Standpunkt und sagte:
Was ist der Sinn einer realistischen nichtlokalen Theorie? Wenn jemand weit weg mit Ihren realistischen Sachen herumspielen kann, wie können Sie dann lokale Vorhersagen machen, wenn Sie nicht den Einfluss wegmitteln, den weit entfernte Leute auf Ihre Sachen haben können?
Außerdem lautet hier die Top-Antwort:
Lokalität ist die Annahme, dass ein Objekt nur durch seine unmittelbare Umgebung durch die Ereignisse beeinflusst werden kann, die in seiner unmittelbaren Vergangenheit stattgefunden haben. Alle klassischen und Quantenfeldtheorien beruhen wesentlich auf dieser Annahme. Nichtlokalität impliziert, dass zwei Ereignisse, die durch räumliche Trennung voneinander getrennt sind, sich gegenseitig beeinflussen können. Einige Leute verlangen (imho) fälschlicherweise, dass die Verschränkung vom EPR-Typ die Lokalität verletzt. In Wirklichkeit tut es das nie. Alles, was man aufgeben muss, ist Realismus. Die Verschränkung zeigt nur, dass es Quantenkorrelationen zwischen Teilchen gibt, die in der Vergangenheit einen gemeinsamen Ursprung hatten. Es zeigt auch, dass, wenn es eine klassische Welt wäre, die EPR-Verschränkungseffekte nichtlokal waren. Aber wir leben in einer Quantenwelt und es gibt keine Nichtlokalität.
Kurz gesagt, wie @EmilioPisanty es ausdrückte :
Moderne Physiker neigen grob gesagt dazu, den Realismus wegzuwerfen, um die Lokalität zu bewahren.
Und hier schreiben Autoren:
Das Messen oder anderweitige Interagieren mit einem Quantensystem S hat keine Auswirkung auf entfernte Systeme, von denen S dynamisch isoliert ist, selbst wenn sie mit S verschränkt sind.
Nun, eine Reihe von Experimenten verwirren mich, da sie darauf hinzudeuten scheinen, dass die Lokalität aufgegeben werden sollte und dass die „spukhafte Fernwirkung“ wirklich eine Form von nicht lokaler „Wirkung“ sein könnte, anstatt im Grunde eine „(un)spukhafte Korrelation bei a Distanz":
"Experimental nonlocal and surreal Bohmian trajectories",
über das berichtet wurde mit :
Das Team glaubt, dass die Flugbahn des ersten Photons die Polarisation der Sonde verändert hat – in Übereinstimmung mit Bohms Ideen zu nicht-lokalen Wechselwirkungen.
In dem jüngsten Experiment zeigten Steinberg und Kollegen, dass der Surrealismus eine Folge der Nicht-Lokalität war – der Tatsache, dass die Teilchen in der Lage waren, sich aus der Entfernung augenblicklich zu beeinflussen. Tatsächlich waren die "falschen" Vorhersagen der Bahnen des verschränkten Photons tatsächlich eine Folge dessen, wo in ihrem Verlauf die verschränkten Teilchen gemessen wurden. Betrachtet man beide Partikel zusammen, machten die Messungen Sinn und stimmten mit realen Flugbahnen überein. Steinberg weist darauf hin, dass sowohl die Standardinterpretation der Quantenmechanik als auch die De Broglie-Bohm-Interpretation mit experimentellen Beweisen übereinstimmen und mathematisch gleichwertig sind.
und in der Studie heißt es:
Wir demonstrieren die in der Bohmschen Mechanik vorhandene Nichtlokalität, indem wir zeigen, dass die Flugbahn von Photon 1 durch die entfernte Wahl der Messung von Photon 2 beeinflusst wird
"Experimentelle Demonstration eines Quantenverschlusses, der zwei Schlitze gleichzeitig schließt" (und "Nichtlokale Positionsänderungen eines Photons, die von Quantenroutern aufgedeckt wurden"):
Kann ein einzelner Verschluss gleichzeitig zwei Schlitze schließen, indem er sich effektiv in einer Überlagerung verschiedener Orte befindet? [...] Diese experimentelle Demonstration, bei der die starke Messung und die nicht-lokale Überlagerung nebeneinander zu existieren scheinen
und die Folgestudie wird berichtet mit :
Das scheinbare Verschwinden von Teilchen an einem Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt – und ihr Wiederauftauchen zu anderen Zeiten und an anderen Orten – legt eine neue und außergewöhnliche Vision der zugrunde liegenden Prozesse nahe, die an der nichtlokalen Existenz von Quantenteilchen beteiligt sind.
Und
„Es ist möglich, dass eine Superposition eine Ansammlung von Zuständen ist, die noch verrückter sind“, sagt Elitzur. „Die Quantenmechanik sagt Ihnen nur etwas über ihren Durchschnitt.“ Die Nachauswahl ermöglicht es dann, nur einige dieser Zustände mit größerer Auflösung zu isolieren und zu inspizieren, schlägt er vor. Eine solche Interpretation des Quantenverhaltens wäre, so sagt er, „revolutionär“, weil sie eine bisher ungeahnte Menagerie realer (aber sehr seltsamer) Zustände nach sich ziehen würde, die kontraintuitiven Quantenphänomenen zugrunde liegen.
aber auch
„Das Experiment wird sicher funktionieren“, sagt Wharton – aber er fügt hinzu, „es wird niemanden von irgendetwas überzeugen, da die Ergebnisse von der Standard-Quantenmechanik vorhergesagt werden.“
[...]
Elitzur stimmt zu, dass ihr Experiment mit der konventionellen Sichtweise der Quantenmechanik hätte konzipiert werden können, die vor Jahrzehnten vorherrschend war – aber das war es nie. [...] Und wenn jemand meint, er könne sich mit der üblichen Quantenmechanik ein anderes Bild davon machen, „was wirklich vor sich geht“ in diesem Experiment, fügt er hinzu: „Nun, lasst sie machen!“
Der beobachtete Zwei-Photonen-Zustand zeigt, dass die Verschränkung zwischen zeitlich getrennten Quantensystemen geteilt werden kann
Was ich dann nicht verstehe, ist, warum die Leute sagen, dass man zwischen dem Aufgeben von Lokalität oder Realismus (/kontrafaktische Bestimmtheit/Nicht-Kontextualität) wählen muss, wobei letzteres von den meisten bevorzugt wird: sollte nicht Lokalität auf der Quantenebene (auch ) wegen dieser Experimente aufgegeben werden? Oder beweisen sie nur "Quanten-Nichtlokalität", wobei sie sich nur auf die scheinbar nichtlokalen Effekte der Verschränkung beziehen, die nur nichtlokal erscheinen , aber höchstwahrscheinlich nicht sind?
Wenn die Lokalität aufgegeben werden soll, wäre die Terminologie "Fernwirkung" nicht bis zu/mit einem vertretbaren Grad/einer vertretbaren Gewissheit und aufgrund des Fehlens eines besseren Wortes richtig?
Beachten Sie, dass in letzter Zeit viele auch Freiheit (der Wahl/Nicht-Verschwörung/Nicht-Determinismus) als dritte Variable hinzufügen. Auch in Bezug auf das erste Experiment bin ich mir nicht sicher, ob diese Trajektorien nur für die Bohmsche Interpretation relevant sind und ob das Experiment für die Nichtlokalität in der Standard-QM irrelevant ist (warum sollte es?)?
(Und ist es nicht so, dass die Verletzung der Lokalität keine Verletzung der Lokalität auf makroskopischer Ebene und relativistischer Kausalität impliziert? Zum Beispiel hierEs steht geschrieben, dass „Kausalität nur eine Teilmenge von Nicht-Signalisierungsbedingungen auferlegt“ und dass „relativistische Kausalität, wenn sie streng angewendet wird, viel mehr Freiheit für Korrelationen bietet als die Nicht-Signalisierungsbedingungen. Letztere wurden nur von der Quantenmechanik geerbt und machen es sicherlich Sinn, wenn die einzigen Träger physikalischer Wechselwirkungen lokale Felder sind, die sich als Teilchen manifestieren". Sie schreiben auch, dass "nicht nur die Quantentheorie, sondern jede zukünftige Theorie, die die Quantentheorie als Annäherung enthalten könnte, jetzt erwartet wird, dass sie Nichtlokalität als ein wesentliches intrinsisches Merkmal enthält" - würde die "Nichtlokalität" der Quantenmechanik nicht bedeuten, dass die Lokalität dies tun muss verlassen sein?)
Dazu fallen mir mehrere mögliche Lösungen ein:
Entschuldigung, die Antwort ist ziemlich lahm und hat mehr mit PR, Impact Factors und Wissenschaftsjournalismus zu tun als mit tatsächlicher Physik.
Der Punkt ist, dass "Lokalität" viele verschiedene Bedeutungen hat. Die einfache Bedeutung ist, dass eine Theorie lokal ist, wenn Sie die relativistische Kausalität nicht verletzen können, dh Sie können keine Informationen über irgendetwas außerhalb Ihres vergangenen Lichtkegels erhalten. Das "Problem" ist, dass es langweilig ist, darüber zu sprechen, weil jeder vernünftige (einschließlich aller, die Sie zitiert haben) zustimmt, dass QM in diesem Sinne lokal ist.
Stattdessen sprechen wir normalerweise von einem anderen Begriff von Lokalität. Anstatt sich auf Dinge zu konzentrieren, die tatsächlich beobachtet werden können, sagen wir, dass ein System nichtlokal ist, wenn jeder Teil unserer Beschreibung des Systems in dem bestimmten Formalismus, den wir im Moment verwenden, schneller als Licht beeinflusst werden kann. Dies bedeutet natürlich, dass die Lokalität vollständig von dem von Ihnen verwendeten Formalismus abhängt.
Um ein möglicherweise komisch einfaches Beispiel zu nehmen, betrachten Sie die folgenden zwei Modelle für das Münzwerfen.
Beide Theorien sind im ersten Sinne lokal – Sie können die Münzwürfe nicht verwenden, um irgendetwas zu signalisieren. (2) ist jedoch nichtlokal im zweiten Sinne, denn um zu berechnen, was eine Münze tun wird, benötigen wir nichtlokale Informationen. Diese beiden "Interpretationen" des Münzwerfens sind in jeder Hinsicht völlig gleichwertig, so dass sie in gewissem Sinne gleich gute wissenschaftliche Theorien für das Münzwerfen sind, in dem Sinne, dass unterschiedliche Interpretationen von QM gleich gut sind.
Der Unterschied zwischen den Münztheorien, genau wie der Unterschied zwischen den Interpretationen von QM, besteht darin, dass Sie, wenn Sie (2) verwenden, hässlichere Berechnungen durchführen und viel mehr nachdenken müssen. Wenn Sie beispielsweise genügend Schnickschnack hinzugefügt haben, ist es möglicherweise nicht mehr offensichtlich, dass es im ersten Sinne lokal ist.
Alle diese sensationellen Nachrichtenartikel, die Sie in trendigen Optikzeitungen sehen, laufen darauf hinaus, eine Beschreibung der Quantenmechanik zu wählen , die eher (2) als (1) entspricht. Außerhalb dieses winzigen Unterfeldes von Natur-/Wissenschaftsködern verwendet niemand Beschreibungen wie (2) für irgendetwas. Das liegt daran, dass der Hauptvorteil der Verwendung von Beschreibungen wie (2) in der Optik darin besteht, dass sie verrückter klingen und es einem ermöglichen, genau die Art von Aussagen zu machen, die Sie oben verwirrt haben, viral werden und dafür sorgen, dass Ihre Arbeit angenommen wird.
Lokalität muss nicht aufgegeben werden.
Aber:
QM zeigt, dass einige experimentelle Korrelationen keine kausalen Erklärungen haben. Was die experimentellen Bestätigungen der Verletzung der Bellschen Ungleichungen zeigen, ist, dass der zufällige Teil der QM, die Born-Regel, ernst zu nehmen ist: kein deterministischer Mechanismus ist hinter [was scheinbar wäre] zufälligen Ergebnissen verborgen, weil ein solcher Mechanismus benötigt würde versteckte Variablen, um die raumartig getrennten Messkorrelationen aufrechtzuerhalten, und versteckte Variablen sind genau das, was Bells Ergebnis zu verwerfen erlaubt.
Bedeutet nun die beobachtete Existenz nichtkausaler Korrelationen, dass die Lokalität ungültig ist? Wie knzhou in seiner Antwort erklärt, nein, weil die wirklich zufällige Natur der Messergebnisse keine Fernwirkung zulässt und Fernwirkung der wahre Marker für Nicht-Lokalität wäre.
Weil Fernwirkung immer noch nicht möglich ist, habe ich zuerst gesagt, dass QM nicht-kausale Korrelationen aufweist: Das sind zwei Seiten derselben Medaille. Kausalität und Lokalität sind durch die Struktur der Raumzeit eng miteinander verbunden.
Die Situation, die wir haben, ist also, wie können wir nicht-kausale Korrelationen verstehen? Wie knzhou erklärt, müssen wir uns in gewisser Weise überhaupt nicht mit dieser Frage befassen. Schließlich wird keine Physik durch irgendwelche Einsichten, die wir darüber bekommen, verändert, weil wir immer noch keine Fernwirkung aus dieser Einsicht ziehen können. Aber es ist immer noch eine ungeheuer faszinierende Frage, und wenn wir sie richtig beantworten, können wir unser physikalisches Verständnis der Natur auf den nächsten Schritt bringen.
Ich kann nur in Bezug auf das erste Experiment antworten, dass Sie „Experimentelle nichtlokale und surreale Bohmsche Trajektorien“ erwähnt haben, da ich die anderen nicht ausreichend verstehe, aber hoffentlich wird dies helfen. In Ihrer Frage schreiben Sie: "In Bezug auf das erste Experiment bin ich mir nicht sicher, ob diese Trajektorien nur für die Bohmsche Interpretation relevant sind und ob das Experiment für die Nichtlokalität in der Standard-QM irrelevant ist." Ich bin mir ziemlich sicher, dass dieser Verdacht, den Sie hatten, richtig ist, aber um dies zu erklären, müssen wir untersuchen, was die Bohmsche Mechanik beinhaltet.
Die Bohmsche Mechanik ist eine Interpretation von QM, die genau die gleichen experimentellen Vorhersagen wie Standard-QM liefert, aber sie erklärt sie auf andere Weise als andere Interpretationen. Wie Sie bemerkt haben, sagt uns Bells Theorem, dass wir die Lokalität oder den Realismus wegwerfen müssen, und die meisten Interpretationen entscheiden sich dafür, den Realismus wegzuwerfen. Die Bohmsche Mechanik wirft die Lokalität weg und bewahrt den Realismus. Es besagt, dass, wenn wir Partikel auf einen Doppelspalt abfeuern, jeder eine wohldefinierte Flugbahn von den Schlitzen zum Bildschirm nimmt – das ist der Realismus, der in Interpretationen wie der Kopenhagener Interpretation nicht vorhanden ist. Das Potential, das das Teilchen entlang dieser Flugbahn führt, stammt jedoch aus der augenblicklichen Wechselwirkung mit anderen Teilchen über beliebige Entfernungen – dies ist nicht lokal. Daher muss die bohmsche Mechanik, indem sie realistisch ist, die Lokalität verwerfen.
In dem von Ihnen erwähnten Artikel sprechen die Autoren einen Punkt (den ich zugegebenermaßen nicht verstehe) über die Bohmschen Trajektorien an. Sie behaupten, dass es bestimmte Eigenschaften dieser Trajektorien gibt, die andere Menschen missverstanden haben und die besser verstanden werden, wenn man die Tatsache berücksichtigt, dass die Bohmsche Mechanik nichtlokal ist. Dies ist wahrscheinlich ein interessantes Ergebnis, bedeutet aber nicht, dass wir die Lokalität in der gesamten Quantenphysik aufgeben müssen, wir müssen sie nur aufgeben, wenn wir Realismus haben, wie in der Bohmschen Mechanik. Mit anderen Worten, Bells Theorem gilt immer noch.
Hoffentlich kann jemand anderes die beiden anderen Papiere für Sie ansprechen - ich bin auch daran interessiert zu hören, was sie zu sagen haben!
Michael