Como a natureza não local do emaranhamento quântico é explicada?
Pelo que entendi, Einstein tentou introduzir variáveis reais, mas ocultas, para remover a aparente natureza não local do emaranhamento quântico, mas a desigualdade de Bell mostrou que o realismo local não é possível. Eu li que os físicos acreditam na localidade do que nas variáveis ocultas porque os experimentos e a intuição o dizem, portanto, não tenho nenhum problema com a inexistência de variáveis ocultas.
Mas como então a localidade / causalidade é preservada no caso de emaranhamento quântico, ou mais especificamente no caso de duas partículas tendo projeções de spin opostas quando o par EPR é separado como um espaço?
Colocando de outra forma, o emaranhamento quântico é local (porque não permite a transferência de informação superluminal), mas permite correlações não clássicas entre partículas separadas semelhantes ao espaço. Como essa correlação é explicada sem violar a relatividade? As partículas não influenciam umas às outras, mas ainda assim são "correlacionadas". Como essas declarações são verdadeiras ao mesmo tempo, sem invocar variáveis ocultas? Como é a correlação feita?
Respostas
A mecânica quântica é local, no sentido de que não permite interações superluminais. Isso não contradiz resultados como desigualdades de Bell ou qualquer coisa permitida por emaranhamento.
A questão é que a mecânica quântica permite correlações que não podem ser explicadas por nenhuma teoria clássica local. Mas, ao mesmo tempo, essas correlações são tais que não podem ser exploradas para alcançar a comunicação superluminal. Isso pode parecer um pouco estranho e, sem dúvida, é, mas é perfeitamente consistente: existem tipos de correlações que são não locais, mas ao mesmo tempo não podem ser usadas para transportar qualquer tipo de informação.
Obviamente, o que foi dito acima é verdadeiro no que diz respeito ao formalismo atual da mecânica quântica. As teorias que tentam estender a mecânica quântica podem funcionar de maneira diferente, mas ainda não existe um formalismo comumente aceito.
Você está correto ao dizer que o teorema de Bell, em conjunto com resultados experimentais acumulados ao longo de várias décadas, demonstrou com um alto grau de certeza que a realidade quântica é não local.
As equações quânticas podem ser reorganizadas de várias maneiras, notadamente feitas por Bohm & Hiley para descrever partículas locais reais acompanhadas por uma "onda piloto". Mas, em qualquer reformulação desse tipo, a não localidade deve se manifestar na natureza da onda piloto (ou similar) e em suas interações com a partícula. Caso contrário, não será capaz de prever os resultados de todos esses experimentos, e nem será mais uma formulação quântica equivalente, mas uma teoria física concorrente.
Sugestões de que o universo é, portanto, localmente "real", apenas porque as partículas o são, levantam a questão sobre o que se entende por tal "realidade" se a realidade mais plena implica a presença de fenômenos não locais que as direcionam.
Talvez ironicamente, Bohm se tornou filosófico e sua motivação foi tanto extrair a não localidade por meio do que ele chamou de "ordem implícita" do Universo; cortar as partículas reais localmente de sua onda piloto foi, em certo sentido, apenas um subproduto de sua pesquisa. Mas mesmo ele não tinha uma proposta concreta de como a onda interagia.
Você pergunta sobre o caso de duas partículas [emaranhadas] com spin oposto, quando separadas no espaço. As propriedades relevantes do par separado por espaço são descritas por uma única equação de onda quântica. Qualquer modelo "determinado na fonte" é um exemplo de realismo local e falha no teste de Bell. Assim, o emaranhamento é intrinsecamente não local. (Esta foi a demonstração essencial do experimento seminal de Alain Aspect). Mas se os eventos de medição subsequentes podem estar relacionados retrocausalmente permanece uma questão de profundo debate. Por exemplo, pode-se procurar distinguir entre causalidade quântica (medição) e causalidade temporal, permitindo que o fluxo causal aparente (clássico) de eventos no tempo seja localmente subjetivo.
Algumas das questões sobre o que "causalidade", "local" e "realismo" significam para diferentes pessoas neste contexto são examinadas por Adrian Wüthrich em Locality, Causality, and Realism in the Derivation of Bell's Inequality