Математиците

Час линия Снимки Пари Марки Скица Търся

John Stewart Bell

Дата на раждане:

Родно място:

Дата на смъртта:

Място на смърт:

28 July 1928

Belfast, Ireland

1 Oct 1990

Geneva, Switzerland

Представяне
ВНИМАНИЕ - Автоматичен превод от английски език

Джон Бел "и голямо постижение е, че през 1960 той е в състояние да диша нови и вълнуващи живот в основите на квантовата теория, една тема, изглежда изчерпан от изхода на Бор - Айнщайн дебат тридесет години преди това, и игнорирани от почти всички онези, които използват квантовата теория в междинния период. Бел е бил в състояние да докажат, че обсъждането на такива понятия като "реализъм", "детерминизъм" и "местоположението" биха могли да бъдат заточени в математически строг отчет, "Бел на неравенството", която е в състояние да експериментална проверка. Тези тестове, непрекъснато нарастващия в сила и точност, са извършени през последните тридесет години.

В действителност, почти изцяло поради Бел инициатор на усилията, обект на квантовата фондации, както и експериментални теоретична и концептуална, се превръща в основен фокус на интерес за учени от много страни, и ни научи много от основно значение, а не само за квантовата теория, но за естеството на физическата вселена.

В допълнение, и това би могло да е била едва дори прогнозира, както неотдавна както в средата на 1990, няколко години след смъртта на Бел, много от идеите, проучени от Бел и тези, които развива своята дейност са формирани на базата на нов обект областта на квантовата информация теория, която включва такива теми като квантовата компютри и квантовата криптография. Внимание на квантовата теория на информацията, се е увеличил значително през последните няколко години, както и при някои изглежда да бъде един от най-важните области на науката растеж в двадесет и първия век.

Джон Стюарт Бел родителите и двете са живели в северната част на Ирландия в продължение на няколко поколения. Баща му също беше на име Джон, така Джон Стюарт винаги е бил наречен Стюарт в рамките на семейството. Майка му, Ани, насърчават децата да се концентрира върху тяхното образование, което тя усеща, е ключът към изпълнение и достоен живот. Въпреки това, на нейните четири деца - Джон имаше възрастни сестра, Рубин, и двама млади братя, Давид и Робърт - само Йоан беше в състояние да останете на на училище много повече от четиринадесет. На техните семейства не е добре, а в този момент не е имало универсална средно образование, както и да бъдат пренасочени от фона като този на звънците на университета е изключително необичайно.

Бел е бил сам се интересуват от книги, както и особен интерес в областта на науката от ранна възраст. Той беше изключително успешна в първия си училища, Ulsterville Avenue и Fane Street, и по възраст на единадесет, премина с лекота си изпит да се премине към средното образование. За съжаление цената на присъстващите един от Белфаст на престижни гимназии беше непосилни, но достатъчно пари, бе установено, за Бел да се премине към Белфаст Техническа гимназия, където е пълно академичната учебна програма, която квалифицирано му за университет е съчетано с професионално обучение.

Бел, след което прекарва една година като техник във физиката "в Queen's университет Белфаст, където старши членове на персонала в отдел, професор Карл Emeleus и д-р Робърт Sloane, са били изключително полезни, за кредитиране на Бел и книги, които му позволяват да присъстват на първата година лекции. Бел е бил в състояние да влезе в катедра като студент през 1945 г.. Неговата напредък беше изключително успешна и той завършва с отличие първа класа по експериментална физика през 1948. Той бе в състояние да прекарат още една година като студент, през тази година се постигне втора степен, отново с отличие първа класа, този път в математическа физика. В математическа физика, основната си учител е професор Петер Паул Ewald, известен като един от основателите на рентгеновите статия; Ewald е бежанец от нацистка Германия.

Бел е вече дълбоко мислене за квантовата теория, а не само как да го използвате, но неговите концептуални значение. В интервю с Джереми Бърнстийн, като към края на живота си и са в Bernstein книжарница, Бел, са докладвани многословни от обичайните отчет на Хайзенберг несигурност или indeterminacy принцип (п х, където х и п са несигурност или indeterminacies, в зависимост на нечии философската позиция, в позицията и инерция, и е (намали) Планк "и постоянно).

Той изглеждаше така, като че ли биха могли да приемат този размер, а след това и позицията е добре дефинирани, или че големината и тогава инерция е добре определено. Той познаваше, както ако бяха само свободни да правят това, което желаят. Той беше твърде бавно, че осъзнах, че това не е въпрос на това, което желаете. Това е наистина един въпрос, на каква машина е произведена тази ситуация. Но за мен беше донякъде на борбата да се стигне до това. Той не беше много ясно е посочено в книги и курсове, които са били достъпни за мен. Спомням си с аргумента, един от моите професори, лекар, Sloane, за това. Бях се много разгорещени и го обвини, повече или по-малко, на нечестност. Бил е да нагряват прекалено много и каза: "започваш твърде далеч".

При приключването на преговорите си Бакалавърския проучвания Бел щеше да харесва да работят за д-р. Той също ще има харесва да се запознаят с идейна основа на квантовата теория по-подробно случая. Икономически съображения, въпреки, означаваше, че той трябваше да забравите за квантовата теория, поне за момента, и да получите на работа, както и през 1949 г. той се присъединява към Великобритания за атомна изследвания предприятието по Harwell, въпреки че той скоро преместени в групата за ускоряване на проектирането на Malvern .

Той беше тук, че той се срещна бъдещата си жена, Мари Рос, които дойдоха със степен по математика и физика от Шотландия. Те сключили брак през 1954 г. и е един дълъг и успешен брак. Мария е да остане в проектирането чрез ускоряване на кариерата си; към края на живота на Джон Завръща се проблеми при ускоряване на проектирането и той и Мери написа някои статии съвместно. През кариерата си той, натрупан много от дискусиите с Мария, и когато през 1987 г., неговият документи на квантовата теория са събрани, той включва следните думи:

I тук поднови особено много ми топли благодарности на Мери Бел. Когато погледна през тези документи отново да я видите навсякъде.

Accelerator дизайн е, разбира се, една сравнително нова област, както и Бел работата на Malvern се състоеше от проследяване на пътя на натоварени частици, чрез ускорители. В тези дни преди компютрите, това изисква строг разбиране на electromagnetism, и прозрение и решението да направите необходимите математически опростявания се изисква да направят проблем, tractable по механичен калкулатор, при запазване на основните характеристики на физиката. Бел работата беше masterly.

През 1951 Бел бе предложена една година отпуск за работа с Рудолф Peierls, професор по физика в Университета Бирмингам. Докато е в Бирмингам, Бел не работят от голямо значение, произвеждащи негова версия на отпразнува CPT теорема на квантовата теория на полето. Тази теорема показва, че при комбинирано действие на трима оператори, на физически събитието: P, на паритета оператор, който извършва размисъл; С, таксата речник оператор, който заменя частици от анти-частици; и T, която извършва във времето обрат , Резултатът ще бъде друг възможен физически събитието.
За съжаление Герхард Lüders и Волфганг Паули се оказа една и съща теорема малко преди Бел, и всички те са получили кредит.

Въпреки това, Бел добавя друга фигура на работа и спечелили през 1956 г. д-р. Той също така, натрупан в много ценна подкрепа на Peierls, и когато той върнат от Бирмингам той заминава за Harwell да се присъединят към нова група, създадена за работа по теоретична физика елементарните частици. Той остана в Harwell до 1960 г., но той и Мери постепенно стана, че се движат в Harwell бе далеч от основните работа да прилагат повече области на физиката, но и в двата преместени в CERN, Центъра за европейски ядрени изследвания в Женева. Тук те прекарали остатъка от кариерата си.

Бел публикувани около 80 статии в областта на високо-енергиен физика и квантовата теория на полето. Някои са доста тясно свързани с експериментална физика програми в CERN, но повечето са по-общи теоретични области.

Най-важното е, че работят на 1969, което води до Adler-Бел-Jackiw (ABJ) аномалия в квантовата теория на полето. Това е резултат от съвместната работа на Бел и Ronan Jackiw, който беше изяснен от Стивън Adler. Те показаха, че сегашната алгебра стандартен модел, съдържащи една неопределеност. Quantisation доведе до симетрия разчупване на модела. Това произведение решен неуреден проблем във физиката на частици; теория изглежда да прогнозираме, че неутрална Пион не може да разпад на две фотони, но експериментално на гниене се състоя, както е обяснено по ABJ. През следващите тридесет години, проучването на тези аномалии се превръща в много важни области на физиката частици. Райнхолд Bertlmann, които сам не важна работа с Бел, е написал книга, озаглавена аномалии в квантовата теория на полето, и двете останали членове на ABJ, Adler и Jackiw споделиха 1988 Dirac медал на Международния център за теоретична физика в Триест за работата им .

Макар че частица физика и квантовата теория на полето беше работата Бел бе отделено да направя, и той прави отлични вноски, неговата голяма любов беше за квантовата теория, и тя е за своята работа тук, че той ще се запомнят. Както сме свидетели, той е загрижен за основните смисъла на теорията от момента, той като Бакалавърския, както и много от важните му аргументи са си основа по това време.

Идейната проблеми могат да бъдат очертани чрез Сервиз-1 / 2 система. Ние можем да кажем, че когато държавата-вектор е + или - съответно, и щ е равен / 2 "и" - "/ 2, съответно, но ако един ограничава себе си на Шрьодингер уравнение, а х а ш и просто не разполагат с ценности. Всичко може да се каже, е, че ако измерването на х ци, например, се извършва на вероятности на получения резултат е било / 2 или - / 2 са 1 / 2.

Ако, от друга страна, първоначално държавните вектор е общата форма на С + + + в - -, тогава всички ние можем да кажем е, че в измерването на щ ите, вероятността за получаване на стойността на / 2 се | в "2 |, както и че за получаване на стойността на - / 2 е | в - 2 |. Преди всяко измерване, а с току-що, няма стойност.

Тези твърдения противоречат на двама от нашите основни понятия. Ние се отхвърля реализъм, който не ни казва, че определено количество е на стойност, за да поставя нещата по-grandly - физическия свят е едно съществуване, независимо от действията на всеки наблюдател. Айнщайн беше особено безпокойство от това изоставяне на реализъм - той настоя в съществуването на наблюдател свободни сфера. Ние сме също за отхвърляне детерминизъм, убеждението, че, ако ние имаме пълно познаване на състоянието на системата, можем да прогнозираме точно как тя ще се държи. В този случай, ние знаем, държавната вектор на системата, но не може да предвиди резултата от измерване и щ.

Ясно е, че бихме могли да се опита да възстанови реализъм и детерминизъм, ако искаме позволено мнението, че Шрьодингер уравнението, както и на вълни функция, или държавни вектор, може и да не съдържат цялата информация, която е достъпна за системата. Там биха могли да бъдат други количества, като допълнително информация - скрити променливи. Както обикновено, например, на държавни вектор-горе може да прилага по отношение на един ансамбъл от много системи, но освен една скрита променлива за всяка система може да се каже каква е реалната стойност на ци щ биха могли да бъдат. Реализъм детерминизъм и така ще бъде възстановено; щ ите ще има стойност, по всяко време, и с пълно познаване на състоянието на системата, включително и стойността на скритите променливи, ние можем да прогнозираме резултатите от измерването на ци щ.

А пълна теория на скритите променливи, трябва действително да бъде по-сложно, отколкото това - Ние трябва да си припомним, че ние искаме да прогнозираме резултатите от измерването не само с ци, но също така и х и а ш, както и всеки друг компонент на ци. Въпреки че изглежда естествено, че възможността за допълване на уравнението на Шрьодингер с скрити променливи, би било прието сериозно. В действителност, обаче, Нилс Бор и Вернер Хайзенберг бяха убедени, че една не следва да се стреми към реализъм. Те бяха доволни, когато Джон фон Нойман оказа теорема претендира строго да се покаже, че е невъзможно да се добави скритите променливи, със структурата на квантовата теория. Това е трябвало да бъде много общоприети за над тридесет години.

Бор представи си (може би доста неясни) рамката на взаимно допълване, който се опитал да обясни защо един не бива да очакваме да се измерва и х а ш и (или х и п) едновременно. Това беше неговият Копенхаген интерпретация на квантовата теория. Айнщайн обаче отхвърля това, и имаше за цел да възстанови реализъм. Физиците почти единодушно необлагодетелствани Бор.

Айнщайн "и най-силен аргумент, макар че това не става много ясно, обикновено в продължение на няколко десетилетия се в символ Einstein-Podolsky-Росен (EPR) аргумент на 1935 г., съставена от Айнщайн с помощта на неговите две млади съ-работници, Борис и Podolsky Nathan Росен. Тук, както обикновено е направено, ще обсъдим една опростена версия на аргумента, че до известна степен по-късно от Дейвид Bohm.

Две Сервиз-1 / 2 частици са взети предвид; те са формирани от разлагането на Сервиз-1 / 2 частици, и те се движат навън от този разпад в противоположни посоки. Комбинираният държавни вектор, могат да бъдат написани като (1 / √ 2) (1 - 2 + - 1 - 2 +), където на 1 и 2 и частици, а за 1 и 2 са свързани с ци-горе. Тази държава-вектор има странна форма. Двете частици не са включени в нея, независимо; скоро било състоянието на частиците 1 се свързва с конкретна състоянието на частиците 2. Държавният-вектор се казва, да се entangled.

Сега си за измерване и 1 щ. Ако успеем да + / 2, ние знаем, че незабавно измерване на 2 и щ е обвързан с добива - / 2, и обратно, макар че, поне според Копенхаген, преди всяко измерване, няма компонент на една Сервиз за е-специално стойност.

В резултат на този аргумент е, че най-малко един от следните три твърдения трябва да бъдат верни:

(1) В частици трябва да бъдат незабавно обмен на информация, т.е. бързо от светлината;
(2) Налице са скрити променливи, така че резултатите от експериментите са предварително ръкоположен, или
(3) квантовата теория не е точно вярно, а в тези специални експерименти.

Първата възможност може да бъде описан като отричане на принципа на местоположението, като сигналите не могат да бъдат прехвърлени от една частица към друга бързо от скоростта на светлината. Това предложение бе anathema на Айнщайн. Той стигна до заключението, че ако квантовата теория е вярна, така че един изключи възможността (3), след това (2) трябва да бъде вярно. В Айнщайн "и условията, квантовата теория не е пълна, но е необходимо да бъдат допълнени със скрити променливи.

Бел смята себе си като последовател на Айнщайн. Той каза Бърнстийн:

За мен беше, че Айнщайн "и интелектуално превъзходство над Бор, в този случай, е огромен; голяма залива между които е видял ясно какво е необходимо, и obscurantist.

Бел, като по този начин се поддържа реализъм във формата на скрити променливи. Той беше удоволствие от създаването през 1952 г. от Дейвид Bohm на версия на квантовата теория, която включва скрити променливи, на пръв поглед в defiance на фон Нойман "и резултат. Бел написа:

През 1952 г. видях направили невъзможно.

През 1964, Бел направи своя голям принос към квантовата теория. Първо той конструира своя скрита променлива внимание на измерването на всеки компонент на Сервиз. Това е предимството, че са много по-просто, че Bohm работата, и по този начин много по-трудно просто да пренебрегнеш. След това отидох много повече, отколкото е Bohm чрез демонстриране съвсем ясно какво точно е крив с фон Нойман "и аргумент.

Фон Нойман са illegitimately удължен до неговия putative скрити променливи, резултат от променливи на квантовата теория на очакването, че стойността на A + B е равна на сумата от очакванията стойности на А и Б. (Очакването, стойността на една променлива е средният от възможните резултати от експерименталното претеглена с вероятността от възникването им.) След като тази грешка беше реализиран, беше ясно, че скритите променливи, теории на квантовата теория са възможни.

Въпреки това Бел тогава показа, че някои unwelcome имота скрита променлива теории, трябва да има. Най-важното е те трябва да бъдат не-местни. Той демонстрира това като аргумент за разширяване на EPR, което позволява измервания във всяка крило на апарата на всеки компонент от Сервиз, а не само и щ. Той констатира, че, дори и когато скритите променливи са позволени, а в някои случаи резултатът, получен в един крило, трябва да зависят от които компонент на Сервиз се измерва в други; нарушава тази местност. Решаването на този проблем EPR Айнщайн щеше да хареса, отхвърляне (1), но запазва (2) е нелегитимно. Дори и ако една запазена (2), толкова дълго, колкото една поддържан (3) един трябваше да се запазят (1).

Бел е строго показа, че една не би могло да доведе до по-реалистично местните теории на квантовата теория. Хенри Stapp нарича този резултат:

най-дълбока откритие на науката.

Другите собственост на скритите променливи, че Бел бе доказано, че те трябва да бъдат контекстна. Изключение на случаите, простата, от вас резултат, получен при измерване на една променлива, трябва да зависят от други количества, които се измерват едновременно. Така скритите променливи не могат да бъдат на мисълта, както казват какво количество стойност "е", само това, което стойност, ние ще получите, ако мярката му.

Позволете ни да се върнете към местоположението проблем. Така то е било прието, че квантовата теория е точно вярно, но разбира се това никога не може да бъде известен. Джон Clauser, Ричард Holt, Майкъл Horne и Abner Shimony адаптирани Бел работата да се даде директен експериментална проверка на местните реализъм. Така беше символ CHHS-Бел неравенство, която често се нарича просто Бел неравенство. В EPR тип експерименти, това неравенство се спазват от местните скрити променливи, но могат да бъдат нарушени от други теории, включително и квантовата теория.

Бел е постигнато това, което е по-експериментална философия; резултатите от значителните философски значение могат да бъдат получени от експеримента. Звънеца неравенства са били тествани върху почти тридесет години с увеличаване на сложността на експериментални изследвания реално използване на фотони с entangled polarisations, които са математически еквивалент на entangled върти обсъдени по-горе. Въпреки че много учени са участвали, селекция от най-важните ще включва Clauser, Alain аспект и Антон Zeilinger.

Макар че най-малко един пропуск все още остава да бъде затворена [през август 2002 г.], изглежда почти сигурно, че местните реализъм е нарушена, както и че квантовата теория може да прогнозираме резултатите от всички опити.

За останалата част от живота си, продължават да критикуват Бел обичайните теории за измерване в квантовата теория. Постепенно той се превърна в най-малко е малко по-приемлив за въпрос, Бор и фон Нойман, както и изследване на смисъла на квантовата теория се е превърнала в respectable дейност.

Бел сам стана сътрудник на Кралския общество още през 1972 г., но тя е много по-късно, преди той получи награди той заслужава. През последните години от живота си той бе удостоен с Hughes медал на Кралския общество, Dirac медал на Института по физика, и Heineman награда на Американския физическо дружество. В рамките на две седмици през юли 1988 г., получени почетни степени от двете Queen's и Тринити Колидж Дъблин. Той бе номиниран за Нобелова награда; ако той е живял десет години вече той със сигурност щеше да го получили.

Това не беше да се случи. Джон Бел, внезапно почина от инсулт на 1 октомври 1990 година. От тази дата, размерът на интереса към работата му, както и в прилагането му към квантовата теория на информацията, е бил постоянно се увеличава.

Source:School of Mathematics and Statistics University of St Andrews, Scotland