Kann jemand klären, ob das jüngste Experiment, das alle verbleibenden Schlupflöcher zu Bells Theorem schließt, wirklich die Tür zum lokalen Realismus für immer schließt?

Ich habe diesen kürzlich erschienenen Artikel auf Phys.org gesehen, der vorgibt, alle verbleibenden Schlupflöcher zu schließen, die frühere Experimente zu Verletzungen der Bellschen Ungleichung offen gelassen haben. Meine Frage ist, schließt dies wirklich die Tür zu jeder Möglichkeit, dass lokaler Realismus wahr ist? Ich weiß, dass diese Artikel dazu neigen, etwas übertrieben zu sein, um eine gute Wirkung zu erzielen, aber ich wollte verstehen, ob sich die Dinge vom Standpunkt verschiedener Interpretationen der Quantenmechanik wirklich geändert haben.

Sowohl Lokalität als auch Realismus scheinen sehr intuitiv zu sein (insbesondere letzteres, das viele Physiker / Philosophen / gewöhnliche Menschen nur schwer aufgeben können), und Bell selbst hat es am besten ausgedrückt:

„Für mich ist es so vernünftig anzunehmen, dass die Photonen in diesen Experimenten Programme mit sich führen, die im Voraus korreliert wurden und ihnen sagen, wie sie sich verhalten sollen. Das ist so rational, dass ich denke, dass, als Einstein das und die anderen sah weigerte sich, es zu sehen, er war der vernünftige Mann. Die anderen Leute steckten, obwohl die Geschichte sie rechtfertigte, den Kopf in den Sand. ... Also für mich ist es schade, dass Einsteins Idee nicht funktioniert. Der Vernünftige das Ding geht einfach nicht."

Ich weiß, dass er ein starker Befürworter der Bohmschen Interpretation war und der festen Überzeugung war, dass QM im Kern auf eine beobachterunabhängige Weise formuliert werden würde, die sicherstellen würde, dass die Elemente der Theorie den tatsächlichen Dingen in der Außenwelt entsprechen. Ich bin im Großen und Ganzen der gleichen Überzeugung, aber ich wollte etwas Input von Leuten bekommen, die viel mehr über das Thema wissen als ich. Wie lauten die Optionen? Bedeutet dieses Experiment etwas in Bezug auf Bohmsche Mechanik/MWI/andere „realistische“ Interpretationen von QM? Und was ist mit diesen jüngsten Spekulationen über ER = EPR? Bedeutet diese Idee tatsächlich, dass die Kommunikation durch subatomare Wurmlöcher erleichtert werden könnte, wodurch alle Sorgen über Nichtlokalität umgangen werden könnten?

Jeder Beitrag wird sehr geschätzt!

Das ist eine ziemlich weit gefasste Frage. Können Sie versuchen, etwas genauer zu fragen? Dies lädt derzeit Anhänger aller Interpretationen ein, ihre persönliche Meinung zu den Ergebnissen zu äußern, was eine Diskussion wäre, keine Frage mit einer genauen Antwort.
Man kann sich immer Schlupflöcher einfallen lassen, zum Beispiel indem man postuliert, dass es magische Weltraum-Einhörner gibt, die unsere Experimente manipulieren, aber verschwinden, wenn wir sie ansehen. Außerdem habe ich noch nie eine kohärente Definition von Realismus gesehen, daher bin ich mir nicht sicher, warum es jemandem schwer fällt, ihn aufzugeben.
@ChrisWhite Dies stimmt zwar, aber die meisten (alle?) Bell-Experimente hatten bisher das Problem, dass sie Schlupflöcher hatten, die in der Standardphysik gut enthalten waren (Wahl der Messung nicht räumlich getrennt, nachgewählte Ergebnisse, ...). Es gibt jedoch wahrscheinlich keine klar umrissene Grenze zu magischen Weltraum-Einhörnern (z. B.: Sind unsere zufälligen Messmethoden wirklich zufällig?)
@ChrisWhite, was eine Definition von Realismus betrifft, wahrscheinlich die Tatsache, dass es da draußen eine geistesunabhängige Realität gibt, die absolut nichts damit zu tun hat, ob denkende Menschen existieren oder nicht. Ich würde sagen, das ist verdammt stimmig. Tatsächlich ist etwas wie „es existiert eine geistesunabhängige Realität“ etwas, das ich immer wieder als Annahme gesehen habe, die man haben müsste, bevor man wissenschaftliche Beobachtungen/Experimente macht und versucht, die Welt zu verstehen
Aktueller Vorabdruck: arxiv.org/abs/1508.05949 . (Peeve: Der Pop-Science-Artikel, auf den Sie verlinkt haben, handelt von dem Papier, aber es ist das Papier, das die interessanten Behauptungen aufstellt, und es ist das Papier, das jeder lesen muss , der hofft, die Frage zu beantworten. Ein Link zu dem Artikel ist fast nutzlos, es sei denn, es verweist auf das Papier oder den Vorabdruck.)
@igael Ich bin mir nicht sicher, warum du diesen Kommentar an mich gerichtet hast. Allerdings behaupten die Autoren, sowohl die Erkennungslücke als auch die Lokalitätslücke in diesem Experiment geschlossen zu haben. Wenn Sie denken, dass es ein Problem damit gibt, können Sie hier eine Antwort schreiben oder einfach an Nature schreiben .
arxiv.org/abs/1510.06712 Heute Abend erschien dieser Preprint von Price und Wharton auf dem Arxiv, in dem dieses Problem diskutiert und die Retrokausalität sowie der Superdeterminismus als zwei verbleibende Schlupflöcher hervorgehoben werden. Sie betrachten Retrokausalität als eine Form des lokalen Realismus.
Ich bin mir nicht sicher, ob der Teil "Realismus" des "lokalen Realismus" eine wirklich strenge Definition hat - das MWI wird als Interpretation von QM angesehen, die die Lokalität respektiert und Bells Beweis aufgrund der von Bell angenommenen Lücke umgeht Jede Messung hat ein eindeutiges Ergebnis, aber ich bin mir nicht sicher, ob MWI daher keine "realistische" Interpretation ist oder ob es eine Möglichkeit ist, den lokalen Realismus zu retten.
Pete, ich denke, Sie werden feststellen, dass es mehr als ein paar Leute auf beiden Seiten der Realismusdebatte gibt, die nicht glauben, dass der Verstand irgendwie an der Quantenselektion beteiligt ist und dass die Charakterisierung von Menschen, die ein lokales, aber nicht reales Bild haben Die Interpretation von QM als Kauf dieser Dinge ist sowohl unfair als auch wahrscheinlich, um die Leute wütend zu machen.
Uh, hier ist ein kleines Update vom Nobelpreiskomitee 2022: Ihr Preis für „Physik wurde zwischen drei Männern geteilt: Alain Aspect, John F. Clauser und Anton Zeilinger für ihre Arbeit in der Quantentechnologie. Jeder Mann erhielt ein Drittel des Preises für Experimente mit verschränkten Photonen, die die Verletzung der Bellschen Ungleichungen nachweisen und Pionierarbeit in der Quanteninformationswissenschaft leisten.

Antworten (3)

Nehmen wir der Argumentation halber an, dass die Experimentatoren hier gute Arbeit geleistet haben, keine offensichtlichen Fehler gemacht haben und durch zukünftige Experimente dieser Art bestätigt werden**. Meines Wissens nach werden derzeit andere Bell-Tests durchgeführt, die diese Lücken schließen, oder sogar abgeschlossen und analysiert. In dem unwahrscheinlichen Fall, dass dies nicht der Fall ist, sollten wir es bald wissen.

Nun, das erste, was Sie erkennen müssen (wie Sie wahrscheinlich wissen), ist, dass nur wenige Physiker, wenn überhaupt, von diesem Ergebnis tatsächlich überrascht sind. Das hat einen guten Grund: Selbst in Bell-Experimenten mit Schlupflöchern gibt es keinen allgemein akzeptierten Mechanismus, durch den diese Schlupflöcher jemals tatsächlich von der Natur ausgenutzt würden. Anders gesagt: Würden wir Ergebnissen nicht glauben, bei denen sich zwei Messgrößen innerhalb desselben Lichtkegels miteinander verschwören könnten , um uns auszutricksen, wäre die große Mehrheit des physikalischen Wissens verflogen. Das Außergewöhnliche an Bells Ergebnis ist, dass wir damit eine Klasse von Theorien mit einer Allgemeingültigkeit ausschließen können, die (zumindest soweit ich das beurteilen kann) in der Physik so gut wie unerreicht ist.

Wie Chris White betont, kann man in einem Bell-Test, wie in jedem Experiment, immer „Schlupflöcher“ finden, da er sich auf bestimmte Annahmen stützen muss. Beispielsweise müssen die Prozesse, die zur Auswahl der Messgrundlage führen, zufällig sein. Ich kenne die Details von Hansons Zufallszahlenerzeugung nicht, aber ähnliche haben zum Beispiel schwache Laserpulse an jedem der raumartig getrennten Orte verwendet und eine gerade oder ungerade Anzahl von Photonen gezählt. Da sich diese Geräte bereits an verschiedenen Stellen in den Lichtkegeln des anderen befanden, könnte man sich im Prinzip Sorgen machen, dass sie sich irgendwie verschwören können, auch wenn natürlich niemand einen wirklichen Vorschlag hat, warum dies möglicherweise passieren könnte. Es gibt auch Schlupflöcher in einem Experiment wie diesem, da sie davon ausgehen, dass die von ihnen erzeugten Photonen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit abschießen, wie es Photonen normalerweise tun. Wenn sie stattdessen irgendwie eine Weile in der Nähe ihres Entstehungsortes "herumhängen", bevor sie zu den Detektoren flitzen, könnten sie eine Chance haben, zu kommunizieren und das Schließen der Lokalitätslücke zu vermeiden. Vielleicht werden zukünftige Experimente versuchen, diese und andere noch unwahrscheinlichere Schlupflöcher zu schließen, aber vermutlich wird es immer eine Möglichkeit geben, die Ergebnisse in Zweifel zu ziehen, wenn Sie wirklich wollen.

Warum sich also um dieses Papier kümmern? Nun, vielleicht sollten Sie das nicht tun, aber um fair zu sein, die Schlupflöcher für Lokalität und Detektionseffizienz unterscheiden sich wohl von den Schlupflöchern, die ich oben erwähnt habe, da sie relativ konsistent mit unseren aktuellen Prinzipien der Physik sind. Also, ob es wirklich gerechtfertigt ist oder nicht, in den Köpfen der Leute, die über solche Dinge nachdenken, werden sie nach all unserem Verständnis der Tools als eine Linie im Sand zwischen einem gefälschten Ergebnis angesehen, das "nur" verboten ist verwenden, um es zu messen, und ein gefälschtes Ergebnis, das durch die grundlegendsten Prinzipien verboten ist, denen wir glauben, dass die physische Welt gehorcht. Nach diesem Standard ist dieses Ergebnis signifikant. Aber gleichzeitig sollten Sie sich daran erinnern, was ich zuvor gesagt habe: Ich behaupte, dass in Bezug auf die statistische Signifikanz plus einer minimalen Anzahl von Annahmen wenige physikalische Prinzipien, wenn überhaupt, wurden bereits so streng getestet wie die Verletzung der Bell-Ungleichung. Wenn man also an den Ergebnissen all dieser Tests zweifelt, sollte man sich auch fragen, welchen (wenn überhaupt!) Versuchsergebnissen man tatsächlich nach demselben Maßstab vertraut.

**Aktualisierung (11.11.15): Zwei neue Artikel berichten heute über starke lückenlose Verletzungen der Bell-Ungleichung mit verschränkten Photonen.

um alle verbleibenden Schlupflöcher zu schließen, die frühere Experimente zu Verletzungen der Bellschen Ungleichung offen gelassen haben.

Wenn sie sagen, eine Lücke zu schließen, geht es darum, bessere experimentelle Ergebnisse zu erhalten, um eine von der Quantenmechanik vorhergesagte Ungleichung zu verifizieren.

Die Quantenmechanik sagt also eine Ungleichung voraus, und einige imaginäre Theorien (die nicht mit der Quantenmechanik übereinstimmen) sagen sie nicht voraus. Die magischen Theorien, die es nicht vorhersagen, stimmen nicht mit der Quantenmechanik überein und stimmen nicht überein, weil sie bestimmte ... dumme ... Eigenschaften haben.

  1. Sie haben einen falschen Determinismus, insbesondere geben sie vor, in Bezug auf einige Dinge (wie zu messende Objekte) deterministisch zu sein, sind aber in Bezug auf andere Dinge (wie die Geräte, die zum Messen von Dingen verwendet werden) ausdrücklich nicht deterministisch. Sie können dies direkt in Bells Papier sehen, wenn er davon ausgeht, dass die zu kritisierende Theorie die verborgene Variable nicht zulässt λ beeinflussen, in welcher Richtung der Spin gemessen wird.

  2. Sie sind nicht kontextbezogen. Das bedeutet, dass das Ergebnis von der verborgenen Variable und der Ausrichtung des Messgeräts abhängen kann, aber nicht vom Zustand des Geräts oder sogar davon, welchen Gerätetyp Sie verwenden. Trotz der Tatsache, dass die Quantenmechanik explizit unterschiedliche Korrelationen zwischen beispielsweise Spin und Position vorhersagt, wenn Sie tatsächliche Geräte verwenden, die auf unterschiedliche Weise konstruiert sind. Sie sehen dies in Bells Arbeit, wenn das Ergebnis nur eine Funktion der Orientierung und der verborgenen Variablen des zu messenden Objekts sein soll.

  3. Sie sind lokal. Dabei ist nicht einmal klar, wie man Anfangsbedingungen für eine lokale Theorie angibt.

Der Punkt ist also, dass eine lokale und nicht kontextbezogene Theorie mit falschem Determinismus ein (falsches) Ergebnis für die Ungleichung haben wird. Daher muss jeder, der mit der Quantenmechanik übereinstimmt, entweder einen echten Determinismus haben oder keinen Determinismus haben (und es ist wissenschaftlich nicht möglich, zwischen diesen beiden Optionen zu unterscheiden, nur ein gefälschter Determinismus hat wissenschaftliche Vorhersagen) oder muss nicht lokal sein (was bedeutet, dass Sie Anfangsbedingungen angeben) oder kontextbezogen sein müssen (was bedeutet, dass Sie korrekt vorhersagen können, was in realen Geräten passiert).

Wenn Sie der Quantenmechanik zustimmen möchten, möchten Sie auf jeden Fall kontextbezogen sein, indem Sie sich bei Bedarf wirklich die tatsächlichen Versuchsaufbauten ansehen. Und Sie möchten auf jeden Fall nichtlokal sein, damit Sie Anfangsbedingungen angeben können. Determinismus oder kein Determinismus liegt bei Ihnen, jede Theorie des einen Typs hat eine Theorie des anderen Typs, die die gleichen Vorhersagen macht, also beruhigen Sie sich und machen Sie sich keine Sorgen.

Meine Frage ist, schließt dies wirklich die Tür zu jeder Möglichkeit, dass lokaler Realismus wahr ist?

Nein. Was es tut, ist die Tür zu lokalen und nicht kontextuellen Theorien mit falschem Determinismus zu schließen.

Ich wollte verstehen, ob sich die Dinge vom Standpunkt verschiedener Interpretationen der Quantenmechanik wirklich geändert haben.

Absolut null Menschen wollten eine lokale und kontextunabhängige Theorie mit falschem Determinismus. Also rein akademisch.

Sowohl Lokalität als auch Realismus scheinen sehr intuitiv zu sein

Wie kann lokaler Realismus intuitiv erscheinen? Wie würden Sie überhaupt die Anfangsbedingungen in einer lokalen Theorie spezifizieren? Und Sie können an einer Position realistisch sein, und um dann die richtigen Korrelationen für kontextbezogene Messungen zu erhalten, müssen Sie erkennen, dass alles, was mit Ihren realistischen Teilen nicht kompatibel ist, durch die Interaktion erzeugt wird.

Wir wissen bereits objektiv, dass Wechselwirkungen Spin-Eigenzustände erzeugen, die vorher nicht da waren.

Fallbeispiel, interagiere in der z ^ Richtung zuerst, dann die z ^ Richtung zweite, dann die x ^ Richtung dritte. Wiederholen Sie und beachten Sie, dass die zweite z ^ Interaktion stimmt immer mit der unmittelbar vorhergehenden überein. Also eindeutig die z ^ Interaktion versetzt es in einen Zustand, der zuverlässig ein bestimmtes Ergebnis für erzeugt z ^ Interaktionen.

Diesmal interagieren in der z ^ Richtung zuerst, dann die x ^ Richtung zweite, dann die z ^ Richtung dritte. Wiederholen Sie und beachten Sie, dass die zweite z ^ Interaktion stimmt nur in 50% der Fälle mit einer davor überein (von der Hälfte der Drehung). Also eindeutig die x ^ Interaktion hat es in einen Zustand verwandelt, der nicht mehr zuverlässig ein bestimmtes Ergebnis für produziert z ^ Interaktionen.

Interaktionen verändern also Dinge. Keine komplizierten Messungen erforderlich. Beim Realismus kann es nicht um eine Interaktion gehen, die nur passiv eine Eigenschaft offenbart, ohne Dinge zu verändern. Jede Interaktion für zwei Dinge, die nicht pendeln, ändert die Dinge. Punkt.

Ich weiß, dass er ein starker Befürworter der Bohmschen Interpretation war und der festen Überzeugung war, dass QM im Kern auf eine beobachterunabhängige Weise formuliert werden würde, die sicherstellen würde, dass die Elemente der Theorie den tatsächlichen Dingen in der Außenwelt entsprechen.

Bell sprach oft darüber, dass Leute ihn missverstanden. Die dBB-Theorie gefiel ihm tatsächlich. Und diese Theorie ist realistisch in Bezug auf die Position, aber nicht in Bezug auf den Spin. Keine Theorie zum Spin ist realistisch, weil verschiedene Komponenten des Spins nicht miteinander pendeln, so dass Spin-Wechselwirkungen die Dinge eindeutig verändern und keine passiven Messprozesse sind, die Eigenschaften offenbaren, ohne Dinge zu verändern

Ich bin sehr der gleichen Überzeugung,

Welche Überzeugung? Wenn Sie erkennen, dass Spin-Wechselwirkungen Dinge ändern, wissen Sie natürlich, dass sie nicht etwas messen, das bereits existiert, während sie die Dinge nicht ändern.

Wie lauten die Optionen?

Dasselbe wie immer. Verwenden Sie keine lokalen Theorien, die nicht kontextbezogen sind und einen falschen Determinismus haben. Aber das tut niemand, also war das einfach.

Bedeutet dieses Experiment etwas in Bezug auf Bohmsche Mechanik/MWI/andere „realistische“ Interpretationen von QM?

Nö. Diese Theorien sollen die gleichen Dinge wie die Quantenmechanik vorhersagen, also wurden sie auch durch die jüngsten Experimente bestätigt.

Und was ist mit diesen jüngsten Spekulationen über ER = EPR? Bedeutet diese Idee tatsächlich, dass die Kommunikation durch subatomare Wurmlöcher erleichtert werden könnte, wodurch alle Sorgen über Nichtlokalität umgangen werden könnten?

Das ist eine ganz andere Frage und sollte separat gestellt werden.

Bitte finden Sie unten, was ich auf der Grundlage ihres Vorabdrucks an anderer Stelle geschrieben habe, nicht den Artikel in Nature (ich weiß nicht, ob es einen wesentlichen Unterschied gibt): „Ich habe das Papier nicht im Detail studiert, möchte aber einige Kommentare dazu abgeben schreiben die Autoren in ihrem Artikel.Zunächst wurde in einem anderen Thread darauf hingewiesen, dass die Wahrscheinlichkeit p =0,019/0,039 ist nicht sehr beeindruckend. Zweitens schreiben die Autoren: "Unsere Beobachtung einer lückenlosen Verletzung der Bell-Ungleichung schließt somit alle lokalen Theorien aus, die akzeptieren ... dass die Ausgaben endgültig sind, sobald sie in der Elektronik aufgezeichnet sind." Andererseits ist, wie ich hier einige Male geschrieben habe, die einheitliche Evolution der Quantenmechanik streng genommen nicht mit den Endergebnissen der Messung vereinbar, soweit ich das verstehe (z. B. aufgrund der Poincare-Rekursion). Daher können die experimentellen Ergebnisse der Autoren nur lokal realistische Theorien ausschließen, die Abweichungen von der einheitlichen Evolution vorhersagen. Zum Beispiel die lokal realistischen Theorien meines Artikels http://link.springer.com/content/pdf/10.1140/epjc/s10052-013-2371-4.pdf(Eur. Phys. J. C (2013) 73:2371) haben dieselbe Evolution wie die einheitliche Evolution einiger Quantenfeldtheorien.“

In Bezug auf meinen Kommentar zu dieser Frage bin ich (ein Laie, der mehr von Worten als von Mathematik abhängig ist) neugierig auf den Konflikt, den Sie zwischen der Poincare-Rekursion (mathematisch von Catheodory im Jahr 1920 bewiesen) und der einheitlichen Evolution der Quantenmechanik erwähnt haben. Wie Sie in meinem Kommentar von 2022 zur Frage des OP sehen können, scheint die Verletzung der Bellschen Ungleichungen zu einem etablierten Faktor in der Physik geworden zu sein, aber Teilchen, die vorhersehbar und genau entgegengesetzte Dinge gleichzeitig tun, aber in unbegrenzten Abständen voneinander, scheinen mehr im Zusammenhang mit Wiederholung als sonst.
@Edouard: Ich habe nicht gesagt, dass es einen Konflikt zwischen Poincare-Rezidiv und einheitlicher Evolution gibt. Darüber hinaus ist Poincare-Rezidiv eine Folge der einheitlichen Evolution. Es besteht jedoch ein Konflikt zwischen der Poincaré-Wiederholung und den Endergebnissen von Messungen und daher zwischen der einheitlichen Evolution und den Endergebnissen von Messungen.
@Edouard: Ich stimme zu, es besteht heutzutage Einigkeit darüber, dass Verstöße gegen die Bell-Ungleichungen experimentell nachgewiesen wurden. Ich bin mir jedoch nicht sicher, ob dieser Konsens gerechtfertigt ist, da alle neueren Experimente weithin als schlupflochfreie Demonstrationen von Verletzungen der Bell-Ungleichungen angesehen werden ([1] Nature 2015, 526, 682–686; [2] PRL. 2015, 115, 250402; [3] PRL 2015, 115, 250401; [4] PRL 2017, 119, 010402) gehen die Autoren davon aus, dass die Messergebnisse zu einem bestimmten Zeitpunkt endgültig sind. Und genau genommen sind diese Annahmen mit der einheitlichen Evolution nicht vereinbar. (Forts.)
Beispielsweise stellen die Autoren von [1] fest: „Unsere Beobachtung einer statistisch signifikanten lückenlosen Verletzung der Bell-Ungleichung weist somit auf die Ablehnung aller lokal-realistischen Theorien hin, die akzeptieren, dass die Zahlengeneratoren rechtzeitig ein freies Zufallsbit erzeugen und dass die Ausgänge sind endgültig, sobald sie in der Elektronik aufgezeichnet sind. Streng genommen kann kein Bell-Experiment alle denkbaren lokal-realistischen Theorien ausschließen, denn es ist grundsätzlich unmöglich zu beweisen, wann und wo freie zufällige Eingabebits und Ausgabewerte entstanden sind [Rev. Mod. Phys. 2014, 86, 419].“
Ich weiß die Klarstellungen zu schätzen, und ich muss vermuten, dass das Nobelpreiskomitee seine Vergabe im Jahr 2022 in Physik (an drei Physiker, die „die Verletzung der Bell-Ungleichungen feststellen“) mit der Annahme rechtfertigte, dass das Komitee diese „Etablierung“ nur innerhalb einiger in Betracht zog Grad der Wahrscheinlichkeit, nicht absolut.
Kann jemand klären, ob das jüngste Experiment, das alle verbleibenden Schlupflöcher zu Bells Theorem schließt, wirklich die Tür zum lokalen Realismus für immer schließt?
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