John Stewart Bell - John Stewart Bell

John Stewart Bell
JohnStewartBell.jpg
John Stewart Bell, CERN , 1973
narozený
John Stewart Bell

28. července 1928
Zemřel 01.10.1990 (ve věku 62)
Alma mater Queen's University of Belfast ( B.Sc. )
University of Birmingham ( Ph.D. )
Známý jako Bellova věta
Bellův stav
Bellův paradox kosmické lodi
Bell – Kochen – Speckerova věta
Adler – Bell – Jackiwova anomálie
Chirální anomálie
CPT symetrie
Superdeterminismus
Kvantové zapletení
Ocenění Heineman Prize (1989)
Hughesova medaile (1989)
Paul Dirac Medal and Prize (1988)
Vědecká kariéra
Instituce Zřízení pro výzkum atomové energie
CERN , Stanford University
Teze i. Časový obrat v teorii pole, ii. Některé funkční metody v teorii pole.  (1956)
Doktorský poradce Rudolph E. Peierls
Ostatní akademičtí poradci Paul Taunton Matthews

John Stewart Bell FRS (28. července 1928 - 1. října 1990) byl fyzik ze Severního Irska a původce Bellovy věty , důležité věty v kvantové fyzice týkající se skrytých proměnných teorií .

Životopis

Časný život a dílo

John Bell se narodil v Belfastu v Severním Irsku . Když mu bylo 11 let, rozhodl se být vědcem a v 16 letech vystudoval střední technickou školu v Belfastu. Bell poté navštěvoval Queen's University v Belfastu , kde v roce 1948 získal bakalářský titul z experimentální fyziky a o rok později bakalářský titul z matematické fyziky. On pokračoval k dokončení Ph.D. ve fyzice na univerzitě v Birminghamu v roce 1956 se specializací na jadernou fyziku a kvantovou teorii pole . V roce 1954 se oženil s Mary Rossovou, také fyzičkou, kterou potkal při práci na fyzice urychlovače v Malvernu ve Velké Británii. Bell se v jeho dospívání stal vegetariánem. Podle jeho manželky byl Bell ateista .

Bellova kariéra začala ve Velké Británii pro výzkum atomové energie poblíž Harwellu v Oxfordshire , známém jako AERE nebo Harwell Laboratory . V roce 1960 se přestěhoval do práce pro Evropskou organizací pro jaderný výzkum ( CERN , Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire ) v Ženevě , Švýcarsko . Tam pracoval téměř výlučně na teoretické fyzice částic a na konstrukci urychlovače, ale našel si čas věnovat se hlavnímu vyhýbání se zkoumání základů kvantové teorie . V roce 1987 byl zvolen čestným zahraničním členem Americké akademie umění a věd . Během své kariéry měl význam také Bell, společně s Johnem Bradburym Sykesem, MJ Kearsleym a WH Reidem , přeložili několik svazků desetisvazkového Kurzu teoretická fyzika of Lev Landau a Evgeny Lifshitz , takže tyto práce k dispozici anglicky mluvící publikum v překladu, z nichž všichni zůstanou v tisku.

Bell byl zastáncem teorie pilotních vln . V roce 1987, inspirovaný teorií Ghirardi – Rimini – Weber , prosazoval také teorie kolapsu. O interpretaci kvantové mechaniky řekl: „No, víš, já vlastně nevím. Pro mě to není něco, kde bych měl řešení prodat!“

Bellova věta

V roce 1964, po roční dovolené v CERNu , kterou strávil na Stanfordské univerzitě , University of Wisconsin – Madison a Brandeis University , napsal článek s názvem „O paradoxu Einstein-Podolsky-Rosen “. V této práci ukázal, že přenos analýzy EPR umožňuje odvodit slavnou Bellovu větu . Výsledná nerovnost odvozená z určitých předpokladů je kvantovou teorií porušena.

Existují určité neshody ohledně toho, co lze říci o Bellově nerovnosti - ve spojení s analýzou EPR -. Bell se domníval, že nejen lokální skryté proměnné , ale jakékoli místní teoretické vysvětlení musí být v rozporu s předpovědi kvantové teorie: „Je známo, že u Bohmova příkladu korelací EPR zahrnujících částice se spinem existuje neredukovatelná nelokalita .“ Podle alternativní interpretace se ne všechny lokální teorie obecně, ale pouze teorie lokálních skrytých proměnných (nebo teorie „ lokálních realistů “) ukázaly jako neslučitelné s předpovědi kvantové teorie.

Kritika von Neumannova důkazu

Bellův zájem o skryté proměnné byl motivován existencí „pohyblivé hranice“ mezi kvantovým systémem a klasickým aparátem ve formalismu kvantové mechaniky:

Existuje možnost, že najdeme přesně tam, kde leží hranice. Pravděpodobnější pro mě je, že zjistíme, že neexistuje žádná hranice. ... Vlnové funkce by se ukázaly jako prozatímní nebo neúplný popis kvantově-mechanické části, jejíž objektivní popis by byl možný. Právě tato možnost homogenního popisu světa je pro mě hlavní motivací pro studium možnosti tzv. Skryté proměnné.

Bell byl dojem, že při formulování David Bohm je nelokální teorie skryté proměnné , je nutná žádná taková hranice, a to bylo to, které podnítilo jeho zájem v oblasti výzkumu. Bell také kritizoval standardní formalismus kvantové mechaniky z důvodu nedostatku fyzické přesnosti:

Dobré knihy, které znám, se moc nezabývají fyzickou přesností. To je zřejmé již z jejich slovníku. Zde jsou některá slova, která, ať jsou při aplikaci jakkoli legitimní a nezbytná, nemají ve formulaci místo s jakoukoli náchylností k fyzické přesnosti: systém , aparát , prostředí , mikroskopické , makroskopické , reverzibilní , nevratné , pozorovatelné , informace , měření . . ... Na tomto seznamu špatných slov z dobrých knih je nejhorší ze všech „měření“.

Ale pokud by měl důkladně prozkoumat životaschopnost Bohmovy teorie, Bell potřeboval odpovědět na výzvu takzvaných důkazů nemožnosti proti skrytým proměnným. Bell se jimi zabýval v příspěvku nazvaném „O problému skrytých proměnných v kvantové mechanice“. (Bell skutečně napsal tento dokument před svým příspěvkem o paradoxu EPR, ale objevil se až o dva roky později, v roce 1966, kvůli zpožděním publikování.) Zde ukázal, že argument Johna von Neumanna neprokazuje nemožnost skryté proměnné, jak se široce tvrdilo, kvůli spoléhání se na fyzický předpoklad, který není platný pro kvantovou mechaniku - totiž, že pravděpodobnostně vážený průměr součtu pozorovatelných veličin se rovná součtu průměrných hodnot každé ze samostatných pozorovatelná množství. Bell následně tvrdil: „Důkaz von Neumanna není jen falešný, ale hloupý !“. Ve stejné práci Bell ukázal, že větší úsilí o takový důkaz (založené na Gleasonově teorému ) také nedokáže eliminovat program skrytých proměnných. Údajná chyba von Neumannova důkazu byla dříve objevena Grete Hermannovou v roce 1935, ale stala se všeobecně známou až poté, co ji znovu objevil Bell.

V roce 2010 však Jeffrey Bub zveřejnil argument, že Bell (a implicitně Hermann) nesprávně vyložil von Neumannův důkaz, když tvrdil, že se nepokouší dokázat absolutní nemožnost skrytých proměnných a nakonec není ve skutečnosti vadný. (Byla to tedy komunita fyziky jako celek, která nesprávně vyložila von Neumannův důkaz tak, že platí univerzálně.) Bub poskytuje důkaz, že von Neumann chápal hranice svého důkazu, ale neexistují žádné záznamy o tom, že by se von Neumann pokoušel napravit téměř univerzální nesprávnou interpretaci která přetrvávala déle než 30 let a existuje do jisté míry dodnes. Von Neumannův důkaz ve skutečnosti neplatí pro kontextové skryté proměnné, jako v Bohmově teorii.

Závěry z experimentálních testů

V roce 1972 byl proveden experiment, který po extrapolaci na ideální účinnost detektoru ukázal porušení Bellovy nerovnosti. Byl to první z mnoha takových experimentů. Bell sám z těchto experimentů dospěl k závěru, že „Nyní se zdá, že nelokalita je hluboce zakořeněna v samotné kvantové mechanice a bude přetrvávat v každém dokončení.“ To podle Bell také naznačovalo, že kvantová teorie není lokálně kauzální a nelze ji zakotvit do žádné lokálně kauzální teorie. Bell litoval, že výsledky testů nesouhlasily s konceptem lokálních skrytých proměnných:

Pro mě je rozumné předpokládat, že fotony v těchto experimentech nesou s sebou programy, které byly předem korelovány a říkaly jim, jak se mají chovat. Je to tak racionální, že si myslím, že když Einstein zjistil, že i ostatní odmítli ji vidět, když byl rozumný člověk. Ostatní lidé, i když je historie ospravedlňovala, zabořovali hlavy do písku. ... Takže pro mě je škoda, že Einsteinův nápad nefunguje. Rozumná věc prostě nefunguje. “

Zdálo se, že Bell rezignoval na představu, že budoucí experimenty budou i nadále souhlasit s kvantovou mechanikou a narušují jeho nerovnost. S odkazem na Bell experimenty , poznamenal:

Je pro mě těžké uvěřit, že kvantová mechanika, fungující velmi dobře pro současná praktická nastavení, bude i přesto špatně selhat se zlepšením účinnosti počítadla ... “

Někteří lidé stále věří, že souhlas s Bellovými nerovnostmi by mohl být ještě zachráněn. Tvrdí, že v budoucnu by mohly mnohem přesnější experimenty odhalit, že jedna ze známých mezer , například takzvaná „mezera spravedlivého vzorkování“, ovlivňovala interpretace. Většina fyziků hlavního proudu je vůči všem těmto „mezerám“ velmi skeptická, připouští jejich existenci, ale stále věří, že Bellovy nerovnosti musí selhat.

Bell se i nadále zajímal o objektivní kvantovou mechaniku bez pozorovatelů. Cítil, že na nejzásadnější úrovni by se fyzické teorie neměly zabývat pozorovatelnými, ale „be-ables“: „ Slabinami teorie jsou ty prvky, které by mohly odpovídat prvkům reality, existujícím věcem. existence nezávisí na „pozorování“. “ Jako příklad takového schématu na něj i nadále zapůsobily Bohmovy skryté proměnné a zaútočil na subjektivnější alternativy, jako je kodaňská interpretace .

Výuka speciální teorie relativity

Bell a jeho manželka Mary Ross Bell, také fyzička, významně přispěli k fyzice urychlovačů částic a s mnoha mladými teoretiky v CERNu vyvinula Bell samotnou fyziku částic. Přehled této práce je k dispozici v objemu shromážděných děl vydaných Mary Bell, Kurt Gottfried a Martinus Veltman. Kromě svého výzkumu částicové fyziky Bell často nastolil problém speciálního porozumění relativity, a přestože je k dispozici pouze jedna písemná zpráva o tomto tématu („Jak učit speciální relativitu“), byla pro něj kritickým předmětem. Bell obdivoval Einsteinův příspěvek ke speciální relativitě, ale v roce 1985 varoval „Einsteinův přístup je ... podle mého názoru pedagogicky nebezpečný“. V roce 1989 u příležitosti stého výročí kontrakce těla Lorentz-FitzGerald Bell píše: „O kontrakci FitzGerald bylo napsáno mnoho nesmyslů.“ Bell upřednostňoval Lorentz-Fitzgeraldovu kontrakci jako fenomén, který je skutečný a pozorovatelný jako vlastnost hmotného těla, což byl také Einsteinův názor, ale podle Bellova přístupu Einsteinův přístup ponechává velký prostor pro nesprávnou interpretaci. Tuto situaci a pozadí Bellova postavení podrobně popisuje jeho spolupracovník Johann Rafelski v učebnici „Relativity Matters“ (2017). V zájmu boje proti mylným představám obklopujícím Lorentz-Fitzgeraldovu kontrakci těla Bell přijal a propagoval relativistický myšlenkový experiment, který se stal všeobecně známým jako paradox Bellovy kosmické lodi .

Smrt

Bell neočekávaně zemřel na mozkové krvácení v Ženevě v roce 1990. Široce se tvrdí, že Bell, neznámý rok, byl toho roku nominován na Nobelovu cenu. Jeho příspěvek k problémům vyvolaným EPR byl významný. Někteří ho považují za demonstraci selhání lokálního realismu (lokální skryté proměnné). Bellův vlastní výklad je, že samotná lokalita se setkala se zánikem.

Dědictví

  • V areálu CERN v Meyrinu , poblíž Ženevy , se nachází ulice Route Bell na počest Johna Stewarta Bell.
  • V roce 2016 napsal jeho kolega z CERNu, Reinhold Bertlmann , dlouhý článek „Bellův vesmír: osobní vzpomínka“, který podrobně vysvětluje jeho úžas nad informacím o Bellově práci na Bertlmannových ponožkách , kde Bell porovnával paradox EPR s ponožkami. .
  • Byl po něm pojmenován den, který odkazoval na datum, kdy vydal Bellovu větu, 4. listopadu.

Severní Irsko

  • Od roku 2015 byla ulice pojmenována Bell's Theorem Crescent v jeho rodném městě Belfast.
  • John Bell House, pojmenovaný na jeho počest, dokončil stavbu v roce 2016 a v centru Belfastu má přes 400 studentů.
  • Vchod pro chodce do volnočasového centra Olympia v Belfastu, který se nachází 200 metrů od Bellova dětského domova, je na počest místního muže pojmenován „John Stewart Bell Entrance“.
  • Na Queen's University v Belfastu je jedno z přednáškových sálů fyziky pojmenováno na počest Johna Stewarta Bella.
  • V hlavním kampusu královny univerzity je modrá deska připomínající Johna Stewarta Bella
  • V jeho dětském domě na Tates Avenue v Belfastu je modrá pamětní deska Johna Stewarta Bell
  • V roce 2017 zadal Fyzikální ústav pověření klasického skladatele Matthewa Whitesideho Kvarteto č. 4 (zapletené), které má být provedeno na vědeckém festivalu NI v roce 2018 inspirovaném Bellovou prací; skladba se stala titulní skladbou druhého alba Whiteside a byla inspirací pro krátký film Marisy Zanotti.

Knihy

  • Bell, John Stewart (2004). Mluvitelné a nevýslovné v kvantové mechanice (2. vyd.). Cambridge: Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-52338-7.Vydání z roku 2004 s úvodem Alaina Aspecta a dvěma dalšími články: ISBN  0-521-52338-9 .

Viz také

Další práce od Bell:

Reference

externí odkazy