Джон Стюарт Белл

редактировать

Джон Стюарт Белл
Джон СтюартБелл.jpg Джон Стюарт Белл, ЦЕРН, 1973
РодилсяДжон Стюарт Белл. 28 июня 1928 г.. Белфаст, Северная Ирландия, UK
Умер1 октября 1990 г. (62 года). Женева, Швейцария
Alma materКоролевский университет Белфаста (Бакалавр наук ). Бирмингемский университет (Доктор философии )
Известен благодарятеореме Белла. Белл состояние. Супердетерминизм. Хиральная 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. ЦЕРН, Стэнфордский университет
Диссертация я. Обращение времени в теории поля, ii. Некоторые функциональные методы в теории поля. (1956)
Докторант Рудольф Э. Пайерлс
Другие научные консультантыПол Тонтон Мэтьюз

Джон Стюарт Белл FRS (28 июня 1928 - 1 октября 1990) был физиком из Северной Ирландии и автором теоремы Белла, важной теоремы в квантовая физика относительно теорий скрытых переменных.

Содержание

  • 1 Биография
    • 1.1 Ранние годы и работа
    • 1.2 Теорема Белла
    • 1.3 Критика доказательства фон Неймана
    • 1.4 Выводы из экспериментальные тесты
    • 1.5 Преподавание специальной теории относительности
    • 1.6 Смерть
  • 2 Наследие
    • 2.1 Северная Ирландия
  • 3 Книги
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки
  • 6 Внешние ссылки

Биография

Ранняя жизнь и работа

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 Белфаста, где в 1948 году получил степень бакалавра экспериментальной физики, а год спустя - степень бакалавра математической физики. Затем он защитил докторскую диссертацию. получил степень бакалавра физики в Университете Бирмингема в 1956 г. 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. Белл стал вегетарианцем в подростковом возрасте. По словам его жены, Белл был атеистом.

Карьера Белла началась в британском Исследовательском центре атомной энергии, недалеко от Харвелла, Оксфордшир, известном 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. Там он работал почти исключительно над теоретической физикой элементарных частиц и разработкой ускорителей, но нашел время, чтобы заняться основным занятием, исследуя основы квантовой теории. Он был избран иностранным почетным членом Американской академии искусств и наук в 1987 году. Также важную роль в его карьере сыграл Белл вместе с Джоном Брэдбери Сайксом, М.Дж. Кирсли и перевел несколько томов из десяти -volume Курс теоретической физики Льва Ландау и Евгения Лифшица, что делает эти работы доступными для англоязычной аудитории в переводе, все они остаются в печати.

Белл был сторонником теории пилотной волны.

Теорема Белла

В 1964 году, после годичного отпуска из ЦЕРН которые он провел в Стэнфордском университете, Университете Висконсина-Мэдисона и Университете Брандейса, он написал статью под названием «О Эйнштейне-Подольском- Парадокс Розена ". В этой работе он показал, что продолжение анализа ЭПР позволяет вывести знаменитую теорему Белла. Результирующее неравенство, полученное из определенных предположений, нарушается квантовой теорией.

Существуют некоторые разногласия относительно того, что неравенство Белла - в сочетании с анализом EPR - можно сказать, подразумевает. Белл считал, что не только локальные скрытые переменные, но и все локальные теоретические объяснения должны противоречить предсказаниям квантовой теории: «Известно, что с примером корреляций ЭПР Бома, включая частицы со спином, существует неприводимая нелокальность. " Согласно альтернативной интерпретации, не все локальные теории в целом, а только теории локальных скрытых переменных (или теории «локальный реалист ») оказались несовместимыми с предсказаниями квантовой теории.

Критика доказательства фон Неймана

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 описание которой стало бы возможным. Именно эта возможность однородного представления о мире является для меня главной мотивацией исследования возможности так называемой «скрытой переменной».

Белл был впечатлен тем, что в формулировке Дэвида Бома В нелокальной теории скрытых переменных такая граница не нужна, и именно она пробудила его интерес к этой области исследований. Белл также раскритиковал стандартный формализм квантовой механики на основании отсутствия физической точности:

Ибо известные мне хорошие книги не особо касаются физической точности. Это ясно 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 худшее из всех - «измерение».

Но если бы он тщательно исследовал жизнеспособность теории Бома, Беллу нужно было ответить на вызов так называемой невозможности доказательства против скрытых переменных. Белл обратился к ним в статье «К проблеме скрытых переменных в квантовой механике». (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.) Здесь он показал, что аргумент Джона фон Неймана не доказывает невозможность скрытых переменных, как это широко утверждалось, из-за его уверенности в физическом предположении, которое недопустимо для квантовой механики, а именно, что взвешенное по вероятности среднее от суммы наблюдаемых величин равно сумме средние значения каждой отдельной наблюдаемой величины. Впоследствии Белл заявил: «Доказательство фон Неймана не просто ложно, но и глупо!». В этой же работе Белл показал, что более сильные попытки такого доказательства (основанные на теореме Глисона ) также не позволяют устранить программу скрытых переменных. Предполагаемый недостаток в доказательстве фон Неймана был ранее обнаружен Гретой Герман в 1935 году, но не стал общеизвестным до тех пор, пока он не был повторно открыт Беллом.

Однако в 2010 году Джеффри Буб опубликовал аргумент, что Белл (и, косвенно, Герман) неверно истолковал доказательство фон Неймана, утверждая, что оно не пытается доказать абсолютную невозможность скрытых переменных и на самом деле не является ошибочным. (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 универсальное неверное толкование. которая просуществовала более 30 лет и существует в некоторой степени до наших дней. Доказательство фон Неймана на самом деле не применимо к контекстуальным скрытым переменным, как в теории Бома.

Выводы экспериментальных тестов

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». Это, согласно Беллу, также подразумевает, что квантовая теория не является локально причинной и не может быть встроена в какую-либо локально причинную теорию. Белл сожалеет, что результаты испытаний не согласуются с концепцией локальных скрытых переменных:

Для меня так разумно предположить, что фотоны в этих экспериментах несут с собой программы, которые были заранее согласованы, сообщая им Как себя вести. Это настолько рационально, что я думаю, что когда Эйнштейн увидел это, а другие отказались это видеть, он был рациональным человеком. Остальные люди, хотя история их оправдала, прятали головы в песок.... Так что мне жаль, что идея Эйнштейна не работает. Разумная вещь просто не работает ».

Белл, казалось, смирился с мнением, что будущие эксперименты будут и дальше соответствовать квантовой механике и нарушать его неравенство. Ссылаясь на тестовые эксперименты Белла, он заметил:

Мне трудно поверить, что квантовая механика, очень хорошо работающая для текущих практических установок, тем не менее потерпит неудачу с улучшениями в эффективности счетчика... "

Некоторые люди продолжают верить в это соглашение с неравенством Белла еще можно спасти. Они утверждают, что в будущем 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. Он чувствовал, что на самом фундаментальном уровне физические теории должны быть связаны не с наблюдаемыми, а с «умными»: «beables теории - это те элементы, которые могут соответствовать элементам реальности, вещам, которые существуют. Их существование не зависит от «наблюдения» ». Он остался под впечатлением от скрытых переменных Бома как примера такой схемы, и он атаковал более субъективные альтернативы, такие как Копенгагенская интерпретация.

Преподавание специальной теории относительности

Белл и его жена, физик Мэри Росс Белл внес 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. Помимо своих исследований в области физики элементарных частиц, Белл часто поднимал вопрос о понимании специальной теории относительности, и хотя доступен только один письменный отчет по этой теме («Как преподавать специальную теорию относительности»), это было для него критически важным вопросом. Белл восхищался вкладом Эйнштейна в специальную теорию относительности, но в 1985 году предупредил, что «подход Эйнштейна..., на мой взгляд, опасен с педагогической точки зрения». В 1989 году по случаю столетия сокращения тела Лоренца-Фитцджеральда Белл пишет: «О сокращении Фитцджеральда написано много чепухи». 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). 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

Голубая табличка в честь Джона Белла на Королевский университет Белфаста

Белл неожиданно скончался от кровоизлияния в мозг в Женеве в 1990 году. Широко известно, что Белл не знал, что в том же году он был номинирован на Нобелевскую премию. 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 погибла.

Наследие

  • На участке ЦЕРН в Мейрин, недалеко от Женевы, есть улица, названная Route Bell в честь Джона Стюарта Белла.
  • В 2016 году его коллега из ЦЕРН, Рейнхольд Бертльманн, написал длинную статью «Вселенная Белла: личное воспоминание», в которой кое-что объясняет подробно описать свое изумление, узнав о статье Белла о носках Бертльмана, в которой Белл сравнил парадокс ЭПР с носками.
  • День был назван в его честь, имея в виду дата, когда он опубликовал теорему Белла, 4 ноября.

Северная Ирландия

  • С 2015 года улица была названа Полумесяцем теоремы Белла в его родном городе Белфаст.
  • Дом Джона Белла, названный в его честь, закончил строительство я В 2016 году здесь проживает более 400 студентов в центре Белфаста.
  • Пешеходный вход в развлекательный центр Olympia в Белфасте, расположенный в 200 метрах от дома, где прошло детство Белла, получил название «Вход Джона Стюарта Белла» в честь местного жителя..
  • В Королевском университете Белфаста один из лекционных залов по физике назван в честь Джона Стюарта Белла.
  • Есть синяя табличка в память о Джоне Стюарте Белле в главном кампусе королевского университета
  • Существует синяя мемориальная доска в память о Джоне Стюарте Белле в доме его детства в Белфасте

Книги

  • Белл, Джон Стюарт ( 2004 г.). Speakable and Unspeakable в квантовой механике (2-е изд.). Кембридж: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-52338-7. издание 2004 г. с введением Алена Аспекта и двумя дополнительными статьями: ISBN 0-521-52338-9.

См. Также

Другая работа Белла:

Ссылки

Внешние ссылки

Викицитатник содержит цитаты, относящиеся к: Джон Стюарт Белл
Викискладе есть медиафайлы, связанные с Джоном Стюартом Беллом (физик).
Последняя правка сделана 2021-05-25 14:27:56
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте