Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Чтобы узнать о других людях с таким же именем, см. Джон Белл (значения) .

Джон Стюарт Белл
JohnStewartBell.jpg
Джон Стюарт Белл, ЦЕРН , 1973
Родившийся
Джон Стюарт Белл

28 июля 1928 г.
Белфаст , Северная Ирландия , Великобритания
Умер1 октября 1990 г. (62 года)
Женева , Швейцария
Альма-матерКоролевский университет Белфаста ( бакалавр наук )
Бирмингемский университет ( доктор философии )
ИзвестенТеорема
Белла Состояние Белла
Супердетерминизм
Киральная аномалия
Парадокс космического корабля Белла
Квантовая запутанность
НаградыПремия Хейнемана (1989)
Медаль Хьюза (1989)
Медаль и премия Поля Дирака (1988)
Научная карьера
УчрежденияИсследовательский
центр по атомной энергии CERN , Стэнфордский университет
Тезися. Обращение времени в теории поля, ii. Некоторые функциональные методы в теории поля.  (1956)
ДокторантРудольф Э. Пайерлс
Другие научные консультантыПол Тонтон Мэтьюз [1] : 137

Джон Стюарт Белл FRS [2] (28 июля 1928 - 1 октября 1990) был физиком из Северной Ирландии и автором теоремы Белла , важной теоремы в квантовой физике, касающейся теорий скрытых переменных . [3] [4] [5] [6]

Биография [ править ]

Ранняя жизнь и работа [ править ]

Джон Белл родился в Белфасте , Северная Ирландия . Когда ему было 11 лет, он решил стать ученым, а в 16 окончил Белфастскую техническую школу. Затем Белл поступил в Королевский университет в Белфасте , где в 1948 году получил степень бакалавра экспериментальной физики, а год спустя - степень бакалавра математической физики. Затем он защитил докторскую диссертацию. В 1956 г. получил степень бакалавра физики в Бирмингемском университете по специальности ядерная физика и квантовая теория поля . В 1954 году он женился на Мэри Росс, также физике, с которой он познакомился, работая над физикой ускорителей в Малверне, Великобритания. [7] : 139Белл стал вегетарианцем в подростковом возрасте. [8] По словам его жены, Белл был атеистом . [9]

Карьера Белла началась с Исследовательского центра по атомной энергии Великобритании , расположенного недалеко от Харвелла, Оксфордшир , известного как AERE или Лаборатория Харвелла . В 1960 году он перешел на работу в Европейскую организацию ядерных исследований ( CERN , Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire ) в Женеве , Швейцария . [10] Там он работал почти исключительно над теоретической физикой элементарных частиц и над конструкцией ускорителей, но нашел время, чтобы заняться своим главным занятием - исследованием основ квантовой теории . Он был избран иностранным почетным членомАмериканская академия искусств и наук в 1987 году [11] Также значение во время его карьеры, Белл, вместе с Джоном Брэдбери Sykes, МДж Kearsley и WH Reid , перевел несколько томов десяти томов курса теоретической физики в Льве Ландау и Евгений Лифшиц , делая эти работы доступными для англоязычной аудитории в переводе, и все они остаются в печати.

Белл был сторонником теории пилотных волн . [12]

Теорема Белла [ править ]

Основная статья: теорема Белла

В 1964 году, после годичного отпуска из ЦЕРН, который он провел в Стэнфордском университете , Университете Висконсин-Мэдисон и Университете Брандейса , он написал статью под названием «О парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена ». [13] В этой работе он показал, что продолжение анализа ЭПР [14] позволяет вывести знаменитую теорему Белла . [15] Результирующее неравенство, выведенное из определенных предположений, нарушается квантовой теорией.

Существуют некоторые разногласия относительно того, что неравенство Белла в сочетании с анализом ЭПР, можно сказать, подразумевает. Белл считал, что не только локальные скрытые переменные , но и любые локальные теоретические объяснения должны противоречить предсказаниям квантовой теории: «Известно, что в примере Бома с корреляциями ЭПР, включающими частицы со спином, существует неприводимая нелокальность ». [16] : 196 Согласно альтернативной интерпретации, не все локальные теории в целом, а только теории локальных скрытых переменных (или теории « локального реализма ») оказались несовместимыми с предсказаниями квантовой теории.

Критика доказательства фон Неймана [ править ]

Интерес Белла к скрытым переменным был мотивирован существованием в формализме квантовой механики «подвижной границы» между квантовой системой и классическим аппаратом:

Возможно, мы точно найдем, где проходит граница. Для меня более правдоподобно то, что мы обнаружим, что границ нет. ... Волновые функции оказались бы предварительным или неполным описанием квантово-механической части, объективное объяснение которой стало бы возможным. Именно эта возможность однородного описания мира является для меня главной мотивацией исследования возможности так называемой «скрытой переменной». [16] : 30

Белл был поражен , что в постановке Дэвида Бома «s нелокальной теории скрытой переменной , не требуется такая граница, и именно это что вызвало его интерес в области исследования. Белл также раскритиковал стандартный формализм квантовой механики на основании отсутствия физической точности:

Ибо известные мне хорошие книги не особо касаются физической точности. Это видно уже из их словарного запаса. Вот некоторые слова, которые, какими бы законными и необходимыми они ни были в применении, не имеют места в формулировках, претендующих на физическую точность: система , прибор , среда , микроскопический , макроскопический , обратимый , необратимый , наблюдаемый , информация , измерение . . ... В этом списке плохих слов из хороших книг хуже всего «измерение». [16] : 215

Но для тщательного исследования жизнеспособности теории Бома Беллу необходимо было ответить на вызов так называемых доказательств невозможности для скрытых переменных. Белл обратился к ним в статье «К проблеме скрытых переменных в квантовой механике». [17] (Белл на самом деле написал эту статью до своей статьи о парадоксе ЭПР, но она появилась только через два года, в 1966 году, из-за задержек с публикацией. [7] : 144 ) Здесь он показал, что Джон фон Нейман : аргумент [18]не доказывает невозможность скрытых переменных, как это было широко заявлено, из-за его зависимости от физического предположения, которое не является верным для квантовой механики, а именно, что средневзвешенное значение суммы наблюдаемых величин равно сумме среднего значения каждой отдельной наблюдаемой величины. [7] : 141 Впоследствии Белл заявил: «Доказательство фон Неймана не просто ложно, но и глупо !». [19] : 88 В этой же работе Белл показал, что более сильные попытки такого доказательства (основанного на теореме Глисона ) также не устраняют программу скрытых переменных. Предполагаемый изъян в доказательстве фон Неймана был ранее обнаружен Гретой Германн.в 1935 году, но не стал общеизвестным до тех пор, пока не был заново открыт Беллом. [20]

Однако в 2010 году Джеффри Баб опубликовал аргумент, что Белл (и, косвенно, Герман) неверно истолковал доказательство фон Неймана, утверждая, что оно не пытается доказать абсолютную невозможность скрытых переменных и, в конце концов, не является ошибочным. [21] (Таким образом, физическое сообщество в целом неверно истолковало доказательство фон Неймана как универсальное.) Буб предоставляет доказательства того, что фон Нейман понимал пределы своего доказательства, но нет никаких свидетельств того, что фон Нейман пытался исправить это почти всеобщее неправильное толкование, которое длилось более 30 лет и в некоторой степени существует по сей день. Доказательство фон Неймана на самом деле не применимо к контекстуальным скрытым переменным, как в теории Бома. [22]

Выводы экспериментальных испытаний [ править ]

В 1972 году был проведен эксперимент, который при экстраполяции к идеальной эффективности детектора показал нарушение неравенства Белла. Это был первый из многих подобных экспериментов. Сам Белл на основании этих экспериментов пришел к выводу, что «теперь кажется, что нелокальность глубоко укоренилась в самой квантовой механике и будет сохраняться при любом завершении». [16] : 132 Это, согласно Беллу, также подразумевает, что квантовая теория не является локально причинной и не может быть встроена в какую-либо локально причинную теорию. Белл сожалел, что результаты тестов не соответствовали концепции локальных скрытых переменных:

На мой взгляд, так разумно предположить, что фотоны в этих экспериментах несут с собой программы, которые были заранее скоррелированы, говорящие им, как себя вести. Это настолько рационально, что я думаю, что когда Эйнштейн увидел это, а другие отказались это видеть, он был разумным человеком. Остальные люди, хотя история их оправдала, прятали головы в песок. ... Мне жаль, что идея Эйнштейна не работает. Разумная вещь просто не работает » [23] : 84

Белл, казалось, смирился с представлением о том, что будущие эксперименты будут продолжать согласовываться с квантовой механикой и нарушать его неравенство. Ссылаясь на тестовые эксперименты Белла , он заметил:

Мне трудно поверить, что квантовая механика, очень хорошо работающая для нынешних практических установок, тем не менее, потерпит неудачу с улучшениями в эффективности счетчика ... " [16] : 109

Некоторые люди продолжают верить, что согласие с неравенством Белла еще может быть сохранено. Они утверждают, что в будущем гораздо более точные эксперименты могут выявить, что одна из известных лазеек , например, так называемая «лазейка для честной выборки», искажала интерпретации. Большинство основных физиков очень скептически относятся ко всем этим «лазейкам», признавая их существование, но продолжая верить в то, что неравенства Белла должны потерпеть неудачу.

Белл по-прежнему интересовался объективной «свободной от наблюдателя» квантовой механикой. [24] Он чувствовал, что на самом фундаментальном уровне физические теории должны быть связаны не с наблюдаемыми, а с « умными способностями »: « Существа теории - это те элементы, которые могут соответствовать элементам реальности, вещам, которые Существуют. Их существование не зависит от "наблюдения" ". [16] : 174 Его по-прежнему впечатляли скрытые переменные Бома как пример такой схемы, и он атаковал более субъективные альтернативы, такие как копенгагенская интерпретация . [16] : 92 133 181

Преподавание специальной теории относительности [ править ]

Белл и его жена Мэри Росс Белл, также физик, внесли значительный вклад в физику ускорителей элементарных частиц, и вместе с многочисленными молодыми теоретиками в ЦЕРНе Белл разработал саму физику элементарных частиц. Обзор этой работы доступен в сборнике сочинений под редакцией Мэри Белл, Курта Готфрида и Мартинуса Вельтмана. [25] Помимо своих исследований в области физики элементарных частиц, Белл часто поднимал вопрос о понимании специальной теории относительности, и хотя имеется только один письменный отчет по этой теме («Как преподавать специальную теорию относительности»), [16] : 67–80 это был для него критическим предметом. Белл восхищался вкладом Эйнштейна в специальную теорию относительности, но в 1985 году предупредил, что «подход Эйнштейна ..., на мой взгляд, опасен с педагогической точки зрения».[26]: ix В 1989 году по случаю столетия сокращения тела Лоренца-Фитцджеральда Белл пишет: «О сокращении Фитцджеральда написано много чепухи». [25] Белл предпочитал думать о сжатии Лоренца-Фитцджеральда как о явлении, которое является реальным и наблюдаемым как свойство материального тела, что также было мнением Эйнштейна, но, с точки зрения Белла, подход Эйнштейна оставляет много места для неправильного толкования. Эта ситуация и предыстория позиции Белла подробно описаны его соавтором Иоганном Рафельски в учебнике «Relativity Matters» (2017). [26]Чтобы бороться с заблуждениями, связанными с сокращением тела Лоренца-Фитцджеральда, Белл принял и продвигал релятивистский мысленный эксперимент, который стал широко известен как парадокс космического корабля Белла .

Смерть [ править ]

Голубая доска в честь Джона Белла в Королевском университете Белфаста

Белл неожиданно скончался от кровоизлияния в мозг в Женеве в 1990 году. [27] [28] [29] Широко распространено мнение, что Белл не знал, что в том же году он был номинирован на Нобелевскую премию. [30] : 3 [31] : 155 [1] : 374 Его вклад в решение вопросов, поднятых EPR, был значительным. Некоторые считают, что он продемонстрировал несостоятельность локального реализма (локальные скрытые переменные). Собственная интерпретация Белла состоит в том, что сама местность потерпела крах.

Наследие [ править ]

  • В 2008 году Центр квантовой информации и квантового управления при университете Торонто учредил премию Джона Стюарта Белла . [32] Премия присуждается раз в два года за значительный вклад, впервые опубликованный в течение шести предшествующих лет. Премия отмечает крупные достижения, касающиеся основ квантовой механики и приложений этих принципов. В 2009 году первая награда была представлена Alain Aspect , чтобы Николя ГИСИВ для его теоретических и экспериментальных работ по фундаменты и применения квантовой физики - в частности , квантовой нелокальности , квантовой криптографии , иквантовая телепортация . [33]
  • На территории ЦЕРНа в Мейрине , недалеко от Женевы , есть улица под названием Route Bell в честь Джона Стюарта Белла.
  • В 2016 году его коллега из ЦЕРНа Райнхольд Бертльманн написал длинную статью «Вселенная Белла: личные воспоминания» [34], в которой довольно подробно объяснил свое удивление, узнав о статье Белла о носках Бертльмана , в которой Белл сравнил EPR парадокс с носками.
  • В честь него был назван день, ссылаясь на дату, когда он опубликовал теорему Белла, 4 ноября. [35]

Северная Ирландия [ править ]

  • С 2015 года улица получила название Полумесяца теоремы Белла в его родном городе Белфасте. [36]
  • Дом Джона Белла, названный в его честь, был построен в 2016 году и в нем проживает более 400 студентов в центре Белфаста. [37]
  • Пешеходный вход в развлекательный центр Olympia в Белфасте, расположенный в 200 метрах от дома детства Белла, назван «Вход Джона Стюарта Белла» в честь местного жителя. [38]
  • В Королевском университете Белфаста один из лекционных залов по физике назван в честь Джона Стюарта Белла. [39]
  • В главном кампусе Королевского университета есть синяя мемориальная доска в память о Джоне Стюарте Белле.
  • В доме его детства на Тейтс-авеню в Белфасте есть синяя мемориальная доска, посвященная памяти Джона Стюарта Белла.

Книги [ править ]

  • Белл, Джон Стюарт (2004). Разговорчивый и невыразимый в квантовой механике (2-е изд.). Кембридж: Издательство Кембриджского университета . ISBN 978-0-521-52338-7.Издание 2004 г. с введением Алена Аспекта и двумя дополнительными статьями: ISBN 0-521-52338-9 . 

См. Также [ править ]

  • Эпистемологические письма
  • Парадокс ЭПР , мысленный эксперимент Эйнштейна , Подольского и Розена, опубликованный в 1935 году как атака на квантовую теорию
  • Теория локальных скрытых переменных
  • Квантовая запутанность
  • Теорема Белла , опубликованная в 1964 г.
  • Состояние колокола
  • Белл тестовые эксперименты
  • ЧШ Тест Белла , приложение теоремы Белла
  • GHZ эксперимент
  • Супердетерминизм

Другая работа Белла:

  • Аномалия Адлера – Белла – Джекива
  • Парадокс космического корабля Белла

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Уитакер, Эндрю (2016). Джон Стюарт Белл и физика двадцатого века: видение и целостность . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. DOI : 10.1093 / acprof: oso / 9780198742999.001.0001 . ISBN 978-0198742999. OCLC  960219296 .
  2. ^ Берк, Филип G .; Персиваль, Ян К. (1999). "Джон Стюарт Белл. 28 июля 1928 - 1 октября 1990: Избранный FRS 1972". Биографические воспоминания членов Королевского общества . 45 : 1–17. DOI : 10,1098 / rsbm.1999.0001 . JSTOR 770260 . S2CID 72616247 .  
  3. ^ Шимони, Абнер; Телегди, Валентин; Велтман, Мартинус (1991). «Джон С. Белл» . Физика сегодня . 44 (8): 82–86. Bibcode : 1991PhT .... 44h..82S . DOI : 10.1063 / 1.2810223 .
  4. ^ О'Коннор, Джон Дж .; Робертсон, Эдмунд Ф. , «Джон Стюарт Белл» , архив истории математики MacTutor , Университет Сент-Эндрюс.
  5. ^ Уитакер, Эндрю (1998). «Джон Белл и самое глубокое открытие науки» . Мир физики . 11 (12): 29–34. DOI : 10.1088 / 2058-7058 / 11/12/24 .
  6. ^ Стапп, Генри П. (1975). «Теорема Белла и мировой процесс» . Il Nuovo Cimento Б . 29 (2): 270–276. Bibcode : 1975NCimB..29..270S . DOI : 10.1007 / BF02728310 . S2CID 117358907 . 
  7. ^ a b c Aczel, Амир Д. (2002). Запутанность: величайшая тайна физики . Нью-Йорк: Основные книги . ISBN 978-1-56858-232-0. OCLC  49649300 .
  8. ^ Белл, Мэри (2016). "Звонок вегетарианцу" . Физика сегодня . 69 (8): 12. Bibcode : 2016PhT .... 69h..12B . DOI : 10,1063 / pt.3.3252 .
  9. ^ Белл, Мэри (2002). «Воспоминания». В Bertlmann, Reinhold A .; Цайлингер, Антон (ред.). Квантовая [Не] говорящая информация: от колокола до квантовой информации . Коллекция Frontiers. Берлин: Springer. С. 3–5. DOI : 10.1007 / 978-3-662-05032-3_1 . ISBN 978-3-642-07664-0. Хотя большую часть своей жизни он был атеистом, в то время как в Королевском университете [Джон Белл] имел много споров о дьяволе со своим другом-католиком Денисом Макконалогом и даже посещал некоторые собрания Христианского студенческого движения ради аргументов.
  10. ^ Люди и вещи . 1990 г.
  11. ^ "Белл, Джон Стюарт". Члены Академии художеств и наук, 1780–2010 (PDF) . Американская академия искусств и наук . п. 41 . Проверено 8 октября 2019 .
  12. ^ Хардести, Ларри (12 сентября 2014 г.). «Механика жидкости предлагает альтернативу квантовой ортодоксии» . Phys.org . Наука X . Проверено 8 октября 2019 .
  13. ^ Белл, Джон Стюарт (1964). «О парадоксе Эйнштейна-Подольского-Розена» . Физика Физика Физика . 1 (3): 195–200. DOI : 10.1103 / PhysicsPhysiqueFizika.1.195 .
  14. ^ Эйнштейн, Альберт; Подольский, Борис; Розен, Натан (1935). «Можно ли считать квантово-механическое описание физической реальности полным?» . Физический обзор . 47 (10): 777–780. Полномочный код : 1935PhRv ... 47..777E . DOI : 10.1103 / PhysRev.47.777 .
  15. Рианна Саттон, Кристина (4 ноября 2014 г.). «Пятьдесят лет теореме Белла» . Официальный сайт ЦЕРН . ЦЕРН . Проверено 8 октября 2019 . Статья Джона Белла, опубликованная 4 ноября 1964 года, заложила основы современной области квантовой информатики.
  16. ^ a b c d e f g h Белл, Джон Стюарт (1987). Разговорчивый и невыразимый в квантовой механике . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-36869-8.
  17. ^ Белл, Джон Стюарт (1966). «К проблеме скрытых переменных в квантовой механике». Обзоры современной физики . 38 (3): 447–452. Полномочный код : 1966RvMP ... 38..447B . DOI : 10.1103 / RevModPhys.38.447 . ОСТИ 1444158 . 
  18. ^ фон Нейман, Джон (1955). Математические основы квантовой механики . Принстон: Издательство Принстонского университета . ISBN 978-0-691-02893-4.
  19. ^ Манн, Чарльз; Crease, Роберт (1988). «Интервью: Джон Белл» . Омни . 10 (8): 84–86, 88, 90, 92, 121.
  20. ^ Герценберг, CL (2008). «Грета Германн: один из первых участников квантовой теории». arXiv : 0812.3986 [ Physics.gen -ph ].
  21. ^ Баб, Джеффри (2010). «Доказательство отсутствия скрытых переменных фон Неймана: переоценка». Основы физики . 40 (9–10): 1333–1340. arXiv : 1006.0499 . Bibcode : 2010FoPh ... 40.1333B . DOI : 10.1007 / s10701-010-9480-9 . S2CID 118595119 . 
  22. ^ Bacciagaluppi, Guido; Кралл, Элиза (2009). «Гейзенберг (и Шредингер, и Паули) о скрытых переменных» . Исследования по истории и философии науки Часть B: Исследования по истории и философии современной физики . 40 (4): 374–382. Bibcode : 2009SHPMP..40..374B . CiteSeerX 10.1.1.484.3421 . DOI : 10.1016 / j.shpsb.2009.08.004 . Неконтекстные скрытые переменные - это те, которые фиксируют значения, вероятности или ожидаемые значения для всех квантово-механических наблюдаемых, независимо от какого-либо экспериментального контекста. Доказательства невозможности фон Неймана (1932), Глисона (1957), Кохена и Спекера (1967) относятся к этому виду скрытых переменных.
  23. ^ Бернштейн, Джереми (1991). Квантовые профили . Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0691087252. OCLC  21971886 .
  24. ^ Садбери, Энтони (2018). «Джон Белл и большое предприятие». Quanta . 7 (1): 68–73. arXiv : 1808.06845 . DOI : 10,12743 / quanta.v7i1.79 . Руководство по ремонту 3894852 . S2CID 53705805 .  
  25. ^ a b Белл, Мэри; Готфрид, Курт; Велтман, Мартинус, ред. (1995). Квантовая механика, физика высоких энергий и ускорители: избранные статьи Джона С. Белла (с комментариями) . Мировая научная серия по физике ХХ века. 9 . Сингапур: World Scientific. DOI : 10,1142 / 2611 . ISBN 9810221150.
  26. ^ a b Рафельски, Иоганн (2017). Вопросы относительности: от EMC2 Эйнштейна до лазерного ускорения частиц и кварк-глюонной плазмы . Чам, Швейцария: Springer. DOI : 10.1007 / 978-3-319-51231-0 . ISBN 978-3-319-51230-3.
  27. ^ Jackiw, R .; Шимони, А. (2008). «Белл, Джон Стюарт» . Полный словарь научной биографии . Проверено 8 октября 2019 .
  28. Перейти ↑ Sullivan, W. (10 октября 1990 г.). «Джон Стюарт Белл умер в 62 года; физики проверили действие частиц» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 8 октября 2019 .
  29. ^ Фрейзер, Гордон (1990). «Джон Стюарт Белл 1928–1990» . ЦЕРН Курьер . 30 (8): 25.
  30. ^ Гилдер, Луиза (2008). Эпоха запутанности: возрождение квантовой физики . Нью-Йорк: Альфред А. Кнопф . ISBN 978-1-4000-4417-7. OCLC  608258970 .
  31. ^ Бернштейн, Джереми (2009). Квантовые скачки . Кембридж, Массачусетс: Belknap Press: отпечаток издательства Гарвардского университета. ISBN 978-0674035416. OCLC  648759731 .
  32. ^ "Приз Джона Стюарта Белла" . Центр квантовой информации и квантового управления . Университет Торонто . Проверено 8 октября 2019 .
  33. ^ "Проф. Николас Гизен удостоен Первой Колокольной премии" . Центр квантовой информации и квантового управления . Университет Торонто . Проверено 8 октября 2019 .
  34. ^ Bertlmann, Reinhold A. (2017). «Вселенная Белла: личные воспоминания». В Bertlmann, Reinhold A .; Цайлингер, Антон (ред.). Quantum [Un] Speakables II: полвека теоремы Белла . Коллекция Frontiers. Чам, Швейцария: Springer. С. 17–80. arXiv : 1605.08081 . DOI : 10.1007 / 978-3-319-38987-5_3 . ISBN 978-3-319-38985-1. S2CID  119259828 .
  35. ^ «День Джона Белла» . РИА . Ирландская королевская академия. 2019 . Проверено 8 октября 2019 .
  36. ^ «Джон Белл: улица Белфаста названа в честь физика, который доказал, что Эйнштейн неправ» . BBC News . BBC . 19 февраля 2015 . Проверено 8 октября 2019 .
  37. ^ "Дом Джона Белла, Белфаст" . Размещение студентов . 2019 . Проверено 8 октября 2019 .
  38. ^ "Скульптура празднует футбол и связи физики" . Городской совет Белфаста. 13 апреля 2018 . Проверено 8 октября 2019 .
  39. ^ "Местоположение" . Школа математики и физики . Королевский университет Белфаста. 2019. Архивировано из оригинала 9 января 2019 года . Проверено 8 октября 2019 .

Внешние ссылки [ править ]