John Stewart Bell - John Stewart Bell

John Stewart Bell
John Stewart Bell, CERN , 1973
doğmuş	John Stewart Bell 28 Temmuz 1928 Belfast , Kuzey İrlanda , Birleşik Krallık
Öldü	1 Ekim 1990 (62 yaşında) Cenevre , İsviçre
gidilen okul	Queen's University of Belfast ( B.Sc. ) University of Birmingham ( Ph.D. )
Bilinen	Bell'in teoremi Bell'in durumu Bell'in uzay gemisi paradoksu Bell–Kochen–Specker teoremi Adler–Bell–Jackiw anomalisi Kiral anomali CPT simetrisi Süperbelirleyicilik Kuantum dolaşıklığı
Ödüller	Heineman Ödülü (1989) Hughes Madalyası (1989) Paul Dirac Madalyası ve Ödülü (1988)
Bilimsel kariyer
kurumlar	Atom Enerjisi Araştırma Kuruluşu CERN , Stanford Üniversitesi
Tez	ben. Alan teorisinde zamanın tersine çevrilmesi, ii. Alan teorisinde bazı fonksiyonel yöntemler.  (1956)
Doktora danışmanı	Rudolph E. Peierls
Diğer akademik danışmanlar	Paul Taunton Matthews

John Stewart Bell FRS (1928 28 Temmuz - 1 Ekim 1990) bir oldu fizikçi gelen Kuzey İrlanda ve yaratıcısı Bell'in teoremi , önemli bir teoremi kuantum fiziği ile ilgili gizli değişken teorileri .

biyografi

Erken yaşam ve iş

John Bell , Kuzey İrlanda'nın Belfast şehrinde doğdu . 11 yaşında bilim insanı olmaya karar verdi ve 16 yaşında Belfast Teknik Lisesi'nden mezun oldu. Bell daha sonra Queen's University of Belfast'a katıldı ve burada 1948'de deneysel fizik alanında lisans derecesi ve bir yıl sonra da matematiksel fizik alanında lisans derecesi aldı. Doktorasını tamamlamak için devam etti. 1956'da Birmingham Üniversitesi'nde fizik alanında, nükleer fizik ve kuantum alan teorisinde uzmanlaştı . 1954'te İngiltere'de Malvern'de hızlandırıcı fiziği üzerinde çalışırken tanıştığı yine bir fizikçi olan Mary Ross ile evlendi . Bell, gençlik yıllarında vejeteryan oldu. Karısına göre Bell bir ateistti .

Bell'in kariyeri , Harwell, Oxfordshire yakınlarındaki AERE veya Harwell Laboratuvarı olarak bilinen Birleşik Krallık Atom Enerjisi Araştırma Kuruluşu ile başladı . 1960 yılında , İsviçre'nin Cenevre kentinde bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü ( CERN , Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire ) için çalışmaya başladı . Orada neredeyse tamamen teorik parçacık fiziği ve hızlandırıcı tasarımı üzerinde çalıştı , ancak kuantum teorisinin temellerini araştırarak büyük bir uğraşı sürdürmek için zaman buldu . 1987'de Amerikan Sanat ve Bilim Akademisi'nin Yabancı Onursal Üyesi seçildi . Kariyeri boyunca da önemli olan Bell, John Bradbury Sykes, MJ Kearsley ve WH Reid ile birlikte on ciltlik Kurs'un birkaç cildini tercüme etti . Lev Landau ve Evgeny Lifshitz'in Teorik Fiziği , bu çalışmaları İngilizce konuşan bir izleyici kitlesine çeviri halinde sunuyor ve bunların tümü basılı olarak kalıyor.

Bell, pilot dalga teorisinin bir savunucusuydu . 1987'de Ghirardi–Rimini–Weber teorisinden esinlenerek , aynı zamanda çöküş teorilerini de savundu. Kuantum mekaniğinin yorumlanması hakkında şunları söyledi: "Görüyorsun, gerçekten bilmiyorum. Benim için satacak bir çözümüm olan bir şey değil!"

Bell teoremi

1964'te Stanford Üniversitesi , Wisconsin-Madison Üniversitesi ve Brandeis Üniversitesi'nde geçirdiği CERN'den bir yıllık izinden sonra , " Einstein-Podolsky-Rosen Paradox Üzerine" başlıklı bir makale yazdı . Bu çalışmada, EPR analizinin ileriye taşınmasının, ünlü Bell teoremini türetmeye izin verdiğini gösterdi . Belirli varsayımlardan türetilen sonuçta ortaya çıkan eşitsizlik, kuantum teorisi tarafından ihlal edilmektedir.

Bell'in eşitsizliğinin - EPR analiziyle bağlantılı olarak - neyi ima ettiği söylenebileceği konusunda bazı anlaşmazlıklar var . Bell, yalnızca yerel gizli değişkenlerin değil , aynı zamanda tüm yerel teorik açıklamaların kuantum teorisinin tahminleriyle çelişmesi gerektiğini savundu: "Bohm'un spinli parçacıkları içeren EPR korelasyonları örneğinde, indirgenemez bir yerelsizlik olduğu biliniyor ." Alternatif bir yoruma göre, genel olarak tüm yerel teoriler değil, sadece yerel gizli değişkenler teorileri (veya " yerel gerçekçi " teoriler) kuantum teorisinin tahminleriyle uyumsuz olduğunu göstermiştir.

von Neumann'ın kanıtının eleştirisi

Bell'in gizli değişkenlere olan ilgisi, kuantum sistemi ile klasik aygıt arasındaki "hareketli bir sınırın" kuantum mekaniğinin formalizmindeki varlığı tarafından motive edildi:

Bir olasılık, sınırın tam olarak nerede olduğunu bulmamızdır. Benim için daha makul olanı, sınırın olmadığını bulacağımızdır. ... Dalga fonksiyonları, nesnel bir hesabın mümkün olacağı kuantum-mekanik kısmın geçici veya eksik bir tanımı olacaktı. Benim için "gizli değişken" denen olasılığın araştırılmasının temel motivasyonu, dünyanın homojen bir açıklamasının bu olasılığıdır.

Bell formülasyonunda olduğu etkilendim David Bohm 'ın yerel olmayan gizli değişken teorisi , böyle bir sınır gereklidir ve bu araştırma alanında yaptığı ilgi yarattı ki bu oldu. Bell ayrıca kuantum mekaniğinin standart formalizmini fiziksel kesinlik eksikliği nedeniyle eleştirdi:

Çünkü benim bildiğim iyi kitaplar fiziksel kesinlik ile pek ilgilenmezler. Bu, onların kelime dağarcığından zaten açıktır. Uygulamada ne kadar meşru ve gerekli olursa olsun, herhangi bir fiziksel kesinlik iddiasıyla bir formülasyonda yeri olmayan bazı kelimeler : sistem , aparat , çevre , mikroskobik , makroskopik , tersinir , geri döndürülemez , gözlemlenebilir , bilgi , ölçüm . . ... İyi kitaplardan gelen bu kötü kelimeler listesinde en kötüsü 'ölçüm'.

Ancak Bohm'un teorisinin uygulanabilirliğini etraflıca keşfedecekse, Bell'in gizli değişkenlere karşı sözde imkansızlık kanıtlarının meydan okumasına cevap vermesi gerekiyordu. Bell bunları "Kuantum Mekaniğinde Gizli Değişkenler Sorunu Üzerine" başlıklı bir makalede ele aldı. (Bell bu makaleyi aslında EPR paradoksu hakkındaki makalesinden önce yazmıştı, ancak iki yıl sonra, 1966'da, yayın gecikmeleri nedeniyle ortaya çıkmadı.) Burada, John von Neumann'ın argümanının imkansızlığı kanıtlamadığını gösterdi. Gizli değişkenler, yaygın olarak iddia edildiği gibi, kuantum mekaniği için geçerli olmayan bir fiziksel varsayıma dayanması nedeniyle - yani, gözlemlenebilir niceliklerin toplamının olasılık ağırlıklı ortalamasının, ayrı ayrı her birinin ortalama değerlerinin toplamına eşit olması. gözlemlenebilir miktarlar Bell daha sonra, "Von Neumann'ın kanıtı sadece yanlış değil, aynı zamanda aptalcadır !" diye iddia etti . Aynı çalışmada Bell, böyle bir ispat için daha güçlü bir çabanın ( Gleason teoremine dayalı olarak ) gizli değişkenler programını da ortadan kaldırmada başarısız olduğunu gösterdi. Von Neumann'ın ispatındaki sözde kusur daha önce 1935'te Grete Hermann tarafından keşfedilmişti , ancak Bell tarafından yeniden keşfedilene kadar yaygın bir bilgi haline gelmedi.

Bununla birlikte, 2010'da Jeffrey Bub , Bell'in (ve dolaylı olarak Hermann'ın) von Neumann'ın kanıtını yanlış yorumladığını ve bunun gizli değişkenlerin mutlak imkansızlığını kanıtlamaya çalışmadığını ve aslında kusurlu olmadığını iddia ettiği bir argüman yayınladı. (Dolayısıyla, von Neumann'ın kanıtını evrensel olarak geçerli olarak yanlış yorumlayan bir bütün olarak fizik topluluğuydu.) Bub, von Neumann'ın kanıtının sınırlarını anladığına dair kanıtlar sunar, ancak von Neumann'ın neredeyse evrensel yanlış yorumlamayı düzeltmeye çalıştığına dair bir kayıt yoktur. 30 yılı aşkın bir süredir oyalanan ve bu güne kadar bir ölçüde var olan. Von Neumann'ın ispatı aslında Bohm'un teorisinde olduğu gibi bağlamsal gizli değişkenler için geçerli değildir.

Deneysel testlerden elde edilen sonuçlar

1972'de, ideal dedektör verimliliklerine göre tahmin edildiğinde, Bell'in eşitsizliğinin ihlal edildiğini gösteren bir deney yapıldı. Bu tür birçok deneyin ilkiydi. Bell'in kendisi bu deneylerden şu sonuca varmıştır: "Yerdışılığın kuantum mekaniğinin kendisinde derinden kök saldığı ve herhangi bir tamamlamada devam edeceği görülüyor." Bell'e göre bu, kuantum teorisinin yerel olarak nedensel olmadığı ve herhangi bir yerel nedensel teoriye yerleştirilemeyeceği anlamına da geliyordu. Bell, testlerin sonuçlarının yerel gizli değişkenler kavramıyla uyuşmadığı için üzüldü:

Bana göre, bu deneylerdeki fotonların, onlara nasıl davranacaklarını söyleyen, önceden ilişkilendirilmiş programları yanlarında taşıdığını varsaymak çok mantıklı. Bu Einstein'ın gördüm ve diğerleri onu görmek reddettiğinde, düşünüyorum ki rasyonel olan o rasyonel bir adamdı. Diğer insanlar, tarih onları haklı çıkarmasına rağmen, kafalarını kuma gömüyordu. ... Yani benim için Einstein'ın fikrinin işe yaramaması üzücü. Mantıklı olan şey işe yaramıyor."

Bell, gelecekteki deneylerin kuantum mekaniği ile aynı fikirde olmaya devam edeceği ve eşitsizliğini ihlal edeceği fikrine boyun eğmiş görünüyordu. Bell test deneylerine atıfta bulunarak şunları söyledi:

Halihazırda pratik kurulumlar için çok iyi çalışan kuantum mekaniğinin, karşı verimlilikteki iyileştirmelerle yine de kötü bir şekilde başarısız olacağına inanmak benim için zor ..."

Bazı insanlar Bell'in eşitsizlikleriyle anlaşmanın henüz kurtarılabileceğine inanmaya devam ediyor. Gelecekte çok daha kesin deneylerin, bilinen boşluklardan birinin, örneğin "adil örnekleme boşluğu" olarak adlandırılanın, yorumları önyargılı hale getirdiğini ortaya çıkarabileceğini savunuyorlar . Çoğu ana akım fizikçi, tüm bu "boşluklar" hakkında oldukça şüpheci, onların varlığını kabul ediyor, ancak Bell'in eşitsizliklerinin başarısız olması gerektiğine inanmaya devam ediyor.

Bell, nesnel 'gözlemcisiz' kuantum mekaniğiyle ilgilenmeye devam etti. En temel düzeyde, fiziksel teorilerin gözlemlenebilirlerle değil, " mümkünler " le ilgilenmesi gerektiğini hissetti: " Teorinin beable'ları , gerçekliğin öğelerine, var olan şeylere karşılık gelebilen öğelerdir. varoluş 'gözlem'e bağlı değildir." Böyle bir şema örneği olarak Bohm'un gizli değişkenlerinden etkilenmeye devam etti ve Kopenhag yorumu gibi daha öznel alternatiflere saldırdı .

Özel görelilik teorisini öğretmek

Bell ve aynı zamanda bir fizikçi olan eşi Mary Ross Bell, parçacık hızlandırıcıların fiziğine önemli ölçüde katkıda bulundu ve CERN'deki çok sayıda genç teorisyenle birlikte, Bell parçacık fiziğini geliştirdi. Bu çalışmaya genel bir bakış, Mary Bell, Kurt Gottfried ve Martinus Veltman tarafından düzenlenen toplu eserler cildinde mevcuttur. Parçacık fiziği araştırmasının yanı sıra, Bell genellikle özel görelilik anlayışı konusunu gündeme getirdi ve bu konuyla ilgili yalnızca bir yazılı rapor olmasına rağmen ("Özel görelilik nasıl öğretilir"), bu onun için kritik bir konuydu. Bell, Einstein'ın özel göreliliğe katkısına hayran kaldı, ancak 1985'te "Einstein'ın yaklaşımı ... pedagojik açıdan tehlikeli, bence" uyarısında bulundu. 1989'da Lorentz-FitzGerald vücut kasılmasının yüzüncü yılı vesilesiyle Bell, "FitzGerald kasılması hakkında çok fazla saçmalık yazıldı" yazıyor. Bell, Lorentz-FitzGerald büzülmesini gerçek ve maddi bir cismin bir özelliği olarak gözlemlenebilir bir fenomen olarak düşünmeyi tercih etti, ki bu aynı zamanda Einstein'ın da görüşüydü, ancak Bell'in görüşüne göre Einstein'ın yaklaşımı yanlış yorumlamaya çok yer bırakıyor. Bu durum ve Bell'in konumunun arka planı, işbirlikçisi Johann Rafelski tarafından "Relativity Matters" (2017) ders kitabında ayrıntılı olarak açıklanmaktadır . Lorentz-FitzGerald'ın vücut kasılmasını çevreleyen yanlış anlamalarla mücadele etmek için Bell, yaygın olarak Bell'in uzay gemisi paradoksu olarak bilinen göreceli bir düşünce deneyini benimsedi ve destekledi .

Ölüm

Bell , 1990'da Cenevre'de beklenmedik bir beyin kanamasından öldü . Bell'in bilmediği, o yıl Nobel Ödülü'ne aday gösterildiği yaygın olarak iddia ediliyor. EPR'nin gündeme getirdiği konulara katkısı önemliydi. Bazıları onu yerel gerçekçiliğin (yerel gizli değişkenler) başarısızlığını kanıtlamış olarak görüyor. Bell'in kendi yorumu, yerelliğin kendisinin ölümünü karşıladığı yönündedir.

eski

• 2008 yılında, John Stewart Bell Ödülü , Toronto Üniversitesi'ndeki Kuantum Bilgi ve Kuantum Kontrol Merkezi tarafından oluşturuldu . Ödül, önceki altı yılda ilk kez yayınlanan önemli katkılar için iki yılda bir verilir. Ödül, kuantum mekaniğinin temelleri ve bu ilkelerin uygulamalarıyla ilgili büyük ilerlemeleri tanır . 2009 yılında ilk ödül tarafından sunuldu Alain Aspect için Nicolas Gisin özellikle - vakıf ve kuantum fiziği uygulamaları üzerine yaptığı teorik ve deneysel çalışmalar için kuantum yerbilmezliği , kuantum kriptografi ve kuantum ışınlama .

• At CERN site Meyrin , yakın Cenevre , John Stewart Bell onuruna Rota Bell adında bir sokak var.
• 2016 yılında, CERN'den meslektaşı Reinhold Bertlmann , Bell'in EPR paradoksunu çoraplarla karşılaştırdığı Bertlmann'ın çorapları hakkındaki makalesini keşfetme konusundaki şaşkınlığını biraz ayrıntılı olarak açıklayan "Bell's Universe: A Personal Recollection" adlı uzun bir makale yazdı. .
• Bell'in Teoremini yayınladığı tarih olan 4 Kasım'a atıfta bulunarak bir güne onun adı verildi.

Kuzey Irlanda

• 2015'ten beri doğduğu şehir olan Belfast'ta bir caddeye Bell's Theorem Crescent adı verilmiştir.
• Adını onuruna verilen John Bell House, 2016 yılında inşaatı tamamladı ve Belfast şehir merkezinde 400'den fazla öğrenciye ev sahipliği yapıyor.
• Bell'in çocukluk evinden 200 metre uzaklıkta bulunan Belfast'taki Olympia eğlence merkezinin yaya girişi, yerel adamın onuruna "John Stewart Bell Girişi" olarak adlandırılmıştır.
• In Belfast Queen Üniversitesi Fizik konferans salonları biri John Stewart Bell onuruna adlandırılmıştır.
• Bir yoktur mavi plak Kraliçe'nin üniversite ana kampüsü John Stewart Bell anısına
• Belfast'taki Tates Caddesi'ndeki çocukluk evinde John Stewart Bell'i anan mavi bir plaket var
• 2017 yılında Fizik Enstitüsü, klasik besteci Matthew Whiteside'ın Dörtlüsü No 4'ü (Entangled) Bell'in çalışmasından esinlenerek 2018 NI Bilim Festivali'nde seslendirilmek üzere görevlendirdi ; parça, Whiteside'ın ikinci albümünün başlık parçası haline geldi ve Marisa Zanotti'nin kısa filmine ilham kaynağı oldu.

Kitabın

• Bell, John Stewart (2004). Kuantum Mekaniğinde Konuşulabilir ve Konuşulamaz (2. baskı). Cambridge: Cambridge Üniversitesi Yayınları . ISBN'si 978-0-521-52338-7.Alain Aspect ve iki ek makalenin girişini içeren 2004 baskısı : ISBN  0-521-52338-9 .

Ayrıca bakınız

Bell'in diğer çalışmaları:

• Adler-Bell-Jackiw anomalisi
• Bell'in uzay gemisi paradoksu

Referanslar

Dış bağlantılar