Wie erklärt sich die nicht-lokale Natur der Quantenverschränkung?

Soweit ich weiß, hat Einstein versucht, reale, aber verborgene Variablen einzuführen, um die scheinbar nicht lokale Natur der Quantenverschränkung zu beseitigen, aber Bells Ungleichung zeigte, dass lokaler Realismus nicht möglich ist. Ich habe gelesen, dass Physiker an Lokalität als an verborgene Variablen glauben, weil Experimente und Intuition dies sagen, daher habe ich kein Problem mit der Nichtexistenz verborgener Variablen.

Aber wie bleibt dann die Lokalität/Kausalität im Fall der Quantenverschränkung erhalten, oder genauer gesagt im Fall zweier Teilchen mit entgegengesetzten Spinprojektionen, wenn das EPR-Paar raumartig getrennt ist?

Anders ausgedrückt, die Quantenverschränkung ist lokal (weil sie keine superluminale Informationsübertragung zulässt), aber sie ermöglicht nicht-klassische Korrelationen zwischen raumartig getrennten Teilchen. Wie wird diese Korrelation erklärt, ohne die Relativitätstheorie zu verletzen? Die Teilchen beeinflussen sich gegenseitig nicht, sind aber dennoch „korreliert“. Wie sind diese Aussagen gleichzeitig wahr, ohne versteckte Variablen aufzurufen? Wie kommt der Zusammenhang zustande?

Antworten (2)

Die Quantenmechanik ist lokal in dem Sinne, dass sie keine superluminalen Wechselwirkungen zulässt. Dies widerspricht nicht Ergebnissen wie Bell-Ungleichungen oder irgendetwas, das durch Verschränkung erlaubt ist.

Der Punkt ist, dass die Quantenmechanik Korrelationen zulässt , die durch keine lokale klassische Theorie erklärt werden können. Aber gleichzeitig sind diese Korrelationen derart, dass sie nicht ausgenutzt werden können, um eine superluminale Kommunikation zu erreichen. Dies mag ein wenig seltsam erscheinen, und das ist es wohl auch, ist aber vollkommen konsistent: Es gibt Arten von Korrelationen, die nichtlokal sind, aber gleichzeitig nicht verwendet werden können, um irgendeine Art von Information zu transportieren.

Natürlich gilt das Obige für den aktuellen Formalismus der Quantenmechanik. Theorien, die versuchen, die Quantenmechanik zu erweitern, könnten anders funktionieren, aber es gibt noch keinen allgemein akzeptierten solchen Formalismus.

Liebe @glS. Wie ist es möglich, dass eine nicht-relativistische Theorie, wie die gewöhnliche Quantenmechanik, das grundlegende Axiom der speziellen Relativitätstheorie respektiert? nämlich, dass die superluminale Ausbreitung verboten ist
@RamiroHum-Sah das hängt davon ab, was Sie hier genau mit "gewöhnlicher Quantenmechanik" meinen. Wie Sie sicher wissen, gibt es quantenmechanische Standardformalismen, die relativistisch sind. Aber wenn Sie hier mit „gewöhnlich“ den nicht-relativistischen Formalismus meinen, dann haben Sie recht, es gibt keinen intrinsischen Begriff von „Lichtgeschwindigkeit“ im Rahmen. Was das Framework Ihnen sagt, ist, dass nichtlokale Korrelationen nicht ausgenutzt werden können, um eine sofortige Kommunikation zu erreichen (...)
Daher muss jede Kommunikation über die natürliche Geschwindigkeit erfolgen, die durch die Wahl des Hamilton-Operators diktiert wird, das heißt der physikalischen Theorie, die Sie im quantenmechanischen Formalismus beschreiben, und hier kommt der Begriff „Licht“ und „Lichtgeschwindigkeit“ zum Einsatz so entsteht die Unmöglichkeit der superluminalen Kommunikation.
Diese Zweifel hatte ich einige Zeit. Ihre Argumentation ist spektakulär klar und hilfreich. Vielen Dank für Ihre Zeit und Überlegung.
@ManasDogra es gibt genau null Kontroversen. Es hängt von Ihrer genauen Definition von "lokal" ab. QM ist lokal in dem Sinne, dass es keine sofortige Informationsübertragung ermöglicht. Es ist nichtlokal in dem Sinne, dass es Korrelationen zulässt, die nicht mit Theorien über lokale verborgene Variablen geschrieben werden können. Die Wikipedia-Seiten widersprechen dem nicht, man muss nur genau lesen, was da geschrieben steht.
@glS In der ursprünglichen Frage habe ich gefragt, "wie wird die nicht-lokale Natur der Quantenverschränkung erklärt", und Sie sagten im obigen Kommentar, dass Nicht-Lokalität in den Korrelationen liegt ... Also, wie die Dinge über raumähnliche Entfernungen korreliert sind ohne versteckte Variablen oder irgendetwas Klassisches aufzurufen und dennoch die Relativitätstheorie nicht zu verletzen?
habe ich nicht gerade das ein paar Kommentare über diesem angesprochen? " Wie werden Dinge über raumähnliche Entfernungen korreliert, ohne versteckte Variablen oder klassische Theorien hervorzurufen?" naja... mit QM. Sie könnten argumentieren, dass dies ein nicht intuitiver Aspekt und/oder etwas ist, das nicht vollständig verstanden wird, und ich könnte dem sogar bis zu einem gewissen Grad zustimmen (obwohl ich nicht glaube, dass die meisten Leute, die auf diesem Gebiet arbeiten, das denken würden), aber das tut es Das ändert nichts an der Tatsache, dass die Theorie vollkommen konsistent ist und dass es keine Kontroversen über diesen spezifischen Aspekt gibt
@ManasDogra, nur um ein bisschen hinzuzufügen. Sie haben recht mit Ihrer Annahme, dass QM in gewisser Weise nicht lokal ist. Die in dieser Antwort beschriebene Lokalität ist einfach keine Signalisierung (oder Parameterunabhängigkeit, da versteckte Variablen nicht erwähnt werden. QM ist nicht lokal in dem Sinne, dass es nicht lokale kausale Effekte gibt (Fernwirkung). Es gibt zwei Definitionen der Lokalität , das eine ist keine Signalisierung oder Parameterunabhängigkeit und das andere ist lokale Kausalität (die Art von Dingen, die Einstein im Sinn hatte.) Lokale Kausalität wird in jeder Theorie mit oder ohne versteckte Variablen verletzt. Ob SR dies verbietet, ist offene Suche.
@glS "es gibt Arten von Korrelationen, die nicht lokal sind", also ist QM nicht lokal. QED

Sie haben Recht, dass Bells Theorem in Verbindung mit gesammelten experimentellen Ergebnissen über mehrere Jahrzehnte mit hoher Sicherheit gezeigt hat, dass die Quantenrealität nicht lokal ist.

Die Quantengleichungen können auf viele Arten neu organisiert werden, insbesondere von Bohm & Hiley, um lokal reale Teilchen zu beschreiben, die von einer "Pilotwelle" begleitet werden. Aber in jeder solchen Neuformulierung muss sich die Nichtlokalität in der Natur der Pilotwelle (oder ähnlich) und ihrer Wechselwirkungen mit dem Teilchen manifestieren. Andernfalls wird es nicht in der Lage sein, die Ergebnisse all dieser Experimente vorherzusagen, und es wird auch keine äquivalente Quantenformulierung mehr sein, sondern eine konkurrierende physikalische Theorie.

Vorschläge, dass das Universum daher lokal "real" ist, nur weil die Teilchen es sind, werfen die Frage auf, was mit einer solchen "Realität" gemeint ist, wenn die vollständigere Realität das Vorhandensein nichtlokaler Phänomene mit sich bringt, die sie lenken.

Vielleicht ironischerweise wurde Bohm philosophisch und seine Motivation bestand ebenso darin, die Nichtlokalität über das herauszuziehen, was er die "implizite Ordnung" des Universums nannte; Das Herausschneiden der lokal realen Partikel aus seiner Pilotwelle war gewissermaßen nur ein Nebenprodukt seiner Suche. Aber selbst er hatte keinen konkreten Vorschlag, wie die Welle interagierte.

Sie fragen nach dem Fall von zwei [verschränkten] Teilchen mit entgegengesetztem Spin, wenn sie räumlich getrennt sind. Die relevanten Eigenschaften des räumlich getrennten Paares werden durch eine einzige Quantenwellengleichung beschrieben. Jedes „determinated-at-source“-Modell ist ein Beispiel für lokalen Realismus und besteht Bells Test nicht. Die Verschränkung ist also intrinsisch nichtlokal. (Dies war die wesentliche Demonstration von Alain Aspects bahnbrechendem Experiment). Ob die nachfolgenden Messereignisse jedoch in einem retrokausalen Zusammenhang stehen, bleibt umstritten. Beispielsweise kann man versuchen, zwischen quantenmechanischer (Mess-)Kausalität und zeitlicher Kausalität zu unterscheiden, indem man zulässt, dass der offensichtliche (klassische) kausale Fluss von Ereignissen in der Zeit lokal subjektiv ist.

Einige der Fragen darüber, was "Kausalität", "lokal" und "Realismus" für verschiedene Menschen in diesem Zusammenhang bedeuten, werden von Adrian Wüthrich in Locality, Causality, and Realism in the Derivation of Bell's Inequality untersucht

Einige Physiker glauben also , dass SR in der Quantenverschränkung verletzt wird!
@ManasDogra Wie ist es möglich, dass eine nicht-relativistische Theorie wie die gewöhnliche Quantenmechanik das grundlegende Axiom der speziellen Relativitätstheorie respektiert? nämlich, dass die superluminale Ausbreitung verboten ist
@RamiroHum-Sah NRQM gehorcht STR nicht, weil es kein Postulat in Bezug auf STR hat. Dies ist auch leicht zu erkennen, wenn wir Übergangsamplituden zu raumartigen Trennungen berechnen, die sich in NRQM als ungleich Null herausstellen.
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