Нелокальность в квантовой механике — это наличие корреляций между результатами измерений на пространственно разнесённых системах, которые невозможно объяснить моделью с локальными скрытыми параметрами. Формулируется формально через теорему Белла: предположим наличие скрытой переменной $\lambda$ с распределением $\rho (\lambda )$ и локальных детерминистских откликов $A(a,\lambda )$, $B(b,\lambda )$ (значения ±1) при настройках измерителей $a,b$. Тогда корреляционная функция записывается как
$$E(a,b)=\int d\lambda \rho (\lambda )A(a,\lambda )B(b,\lambda ).$$ Из таких локальных моделей вытекают неравенства Белла (например, CHSH):
$$S=E(a,b)+E(a,b^{\prime })+E(a^{\prime },b)-E(a^{\prime },b^{\prime })\le 2.$$ Квантовая механика для сингулярного состояния спинов даёт предсказание, которое может нарушать это ограничение до предела Циреслона:
$$S_{QM}=2\sqrt{2}>2.$$
Экспериментальные тесты. Классические этапы:
- Aspect et al. (1982) — демонстрация нарушения неравенств с быстрыми перестройками настроек (укрепление локальности настройки).
- Weihs et al. (1998) — пространственноразнесённые измерения с пространственно-таймовой разделённостью событий.
- «Loophole-free» эксперименты (ок. 2015: Hensen et al., Giustina et al., Shalm et al.) — одновременное закрытие ключевых лазеек (локальности и эффективной регистрации) и наблюдение статистически значимых нарушений неравенств Белла.
- Последующие эксперименты использовали космические источники случайности (Handsteiner et al.) для сокращения проблемы независимости настроек.
Интерпретации и выводы:
- Белл показал, что никто не может сохранить одновременно все три интуитивных предположения: локальность, реализм (существование предопределённых результатов) и независимость выборов измерений (freedom of choice). Нарушение неравенств означает, что по крайней мере одно из них должно быть отвергнуто.
- Возможные реакции:
- Отказ от локальности при сохранении реализма: де Бройль–Бома (Бомовская механика) — детерминированная, явно нелокальная теория, согласующаяся с квантовыми корреляциями.
- Отказ от «классического» реализма: операционалистские/копенгагеновские подходы или QBism — измерение не раскрывает предсущее значение.
- Многомировая интерпретация: унитарная локальная эволюция без коллапса; «нелокальность» интерпретируется иначе (разделённые ветви дают корреляции, но нет действия на расстоянии в динамике).
- Альтернативы: ретрокаузальность или супердетерминизм — сохраняют локальность ценой необычных предположений о причинности или независимости выборов; супердетерминизм, в частности, практически непроверяем без дополнительных допущений.
Ограничения и важные замечания:
- Нелокальные квантовые корреляции не дают возможности передавать информацию быстрее света: соблюдается теорема о no-signalling, формально $P(A|a,b)=P(A|a)$ (marginal independence), поэтому экспериментальные нарушения Белла не означают FTL-сигнализацию.
- Закрытие всех «лазеек» требует строгих условий: пространство-временная разнесённость событий (локальность), высокая эффективность детекторов (детекционная лазейка), независимость генераторов настроек (freedom-of-choice). Современные эксперименты значительно сократили эти лазейки, но философски остаются гипотетические обходы (супердетерминизм, радикальные модели памяти приборов).
- Статистические и практические ограничения: конечная статистика, систематические ошибки, предположения о случайности генераторов и независимости trials; эти факторы учитываются в анализе, но не полностью исключают концептуальные альтернативы.
Краткое резюме: эксперименты устойчиво демонстрируют корреляции, нарушающие неравенства Белла, что делает невозможными локальные модели с предопределёнными результатами при обычных допущениях. Это требует отказа либо от локальности, либо от классического реализма, либо от независимости выборов; однако квантовая нелокальность не даёт суперсветовой передачи информации и оставляет пространство для разных интерпретаций и спорных гипотез (ретрокаузальность, супердетерминизм).