Τζον Στιούαρτ Μπελ

Ο Τζον Στιουαρτ Μπελ (John Steawart Bell)FRS   (28 του Ιουνίου του 1928 - 1 Οκτωβρίου 1990) ήταν Ιρλανδός φυσικός, και ο δημιουργός του θεωρήματος του Bell, ένα σημαντικό θεώρημα στην κβαντική φυσική σχετικά με τις κρυμμένες μεταβλητές θεωρίες.

Πρώιμα στάδια ζωής και εργασίας    
Ο Τζον Μπελ(John Bell) γεννήθηκε στο Μπελφαστ( Belfast) της Βόρειας Ιρλανδίας. Όταν ήταν 11 χρονών, αποφάσισε να γίνει επιστήμονας, και στα 16 αποφοίτησε στο Τεχνικό Γυμνάσιο του Μπελφαστ. Ο Μπελ έπειτα παρακολούθησε μαθήματα στο Queen's University of Belfast, κατέκτησε  ένα μπάτσελορ πτυχίο στην  πειραματική φυσική το 1948, και ένα στη μαθηματική φυσική ένα χρόνο μετά. Πήγε για να συμπληρώσει a Ph.D. in physics στο Πανεπιστήμιο του Birmingham το 1956, ειδικότερα στην πυρηνική  φυσική και στην κβαντική θεωρία του πεδίου. Το 1954,παντρεύτηκε τη Μαίρη Ροςς( Mary Ross), επίσης φυσικός, τον οποίο είχε γνωρίσει ενώ δούλευε on accelerator physics(στην επιταχυντή φυσική) στο Malvern, UK.
Η καριέρα του Μπελ(Bell) ξεκίνησε with the UK Atomic Energy Research Establishment, κοντά στο Harwell, της Οξφόρδης,γνωστή ως AERE or Harwell Laboratory. Μετά από μερικά χρόνια μετακινήθηκε στο European Center for Nuclear Research (CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), στη Γενεύη, Ελβετία. Εκεί δούλευε σχεδόν  αποκλειστικά στα θεωρητικά μέρη της φυσικής και σχετικά με το σχεδιασμό του επιταχυντή, αλλά έβρισκε χρόνο για να ακολουθήσει μια σημαντική ενασχόληση ΄ να ερευνά τα θεμέλια της κβαντικής θεωρίας. Το 1987 εξελέγη  επίτιμο μέλος Εξωτερικών της Αμερικανικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών.

Το θεώρημα του Μπελ
Το 1964, μετά την άδεια ενός έτους από το CERN, που ξόδεψε στο  Stanford University, the University of Wisconsin–Madison and Brandeis University, έγραψε ένα χαρτί με τίτλο "On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox". Σε αυτή τη δουλειά, έδειξε ότι η μεταφορά ανάλυση EPR  επιτρέπει σε κάποιον να αντλήσει το περίφημο θεώρημα του Bell.Η προκύπτουσα ανισότητα, που προέρχεται από ορισμένες παραδοχές, παραβιάζεται από την κβαντική θεωρία.
Υπάρχει κάποια διαφωνία σχετικά με την ανισότητα του Bell —σε συνδυασμό με την ανάλυση—can be said to imply. Ο Μπελ έκρινε ότι δεν είναι μόνο τοπικές κρυμμένες μεταβλητές, αλλά οποιεσδήποτε τοπικές θεωρητικές εξηγήσεις πρέπει να έρχονται σε αντίθεση με τις προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας: «Είναι γνωστό ότι με το παράδειγμα του Bohm από EPR συσχετίσεις, με τη συμμετοχή σωματίδια με spin, υπάρχει μια αμείωτη nonlocality." Σύμφωνα με μια εναλλακτική ερμηνεία, όχι όλες οι τοπικές θεωρίες σε γενικές γραμμές, αλλά μόνο τοπικές κρυμμένες μεταβλητές θεωρίες (ή «τοπική ρεαλιστής" θεωρίες) έχουν αποδειχθεί, ότι είναι ασυμβίβαστη με τις προβλέψεις της κβαντικής θεωρίας.

Η κριτική του Μπελ για την απόδειξη του von Neumann's
Bell's interest in hidden variables was motivated by the existence in the formalism of quantum mechanics of a "movable boundary" between the quantum system and the classical apparatus:
Μια πιθανότητα είναι ότι θα βρείτε ακριβώς πού βρίσκεται το όριο. Πιο πιθανό για μένα είναι ότι θα βρούμε ότι δεν υπάρχει κανένα όριο. Οι κυματοσυναρτήσεις θα αποδειχθούν ότι είναι μια προσωρινή ή ελλιπή περιγραφή της κβαντικής μηχανικής-μέρος των οποίων αποτελεί στόχο του λογαριασμού να γίνει δυνατό. Είναι αυτή η δυνατότητα, ενός ομοιογενούς λογαριασμού του κόσμου, που είναι για μένα το κύριο κίνητρο της μελέτης of the so-called 'hidden variable' possibility.
Στο Μπελ έκανε εντύπωση ότι στη διαμόρφωση του nonlocal κρυμμένες μεταβλητές στη θεωρία του Bohm, δεν υπάρχει τέτοιο όριο να είναι απαραίτητες, και ήταν αυτό που προκάλεσε το ενδιαφέρον του στον τομέα της έρευνας. Ο Μπελ επέκρινε επίσης το πρότυπο φορμαλισμού της κβαντικής μηχανικής για λόγους έλλειψης σωματικής ακρίβειας: 
Για τα καλά βιβλία είναι γνωστό για μένα (δεν είναι πολύ ασχολούνται) με φυσική ακρίβεια.Αυτό είναι σαφές, ήδη από το λεξιλόγιό τους .Εδώ είναι μερικές λέξεις οι οποίες, ωστόσο, νόμιμες και απαραίτητες σε εφαρμογή, δεν έχουν θέση σε μια σύνθεση με οποιαδήποτε αξίωση για σωματική ακρίβεια.: σύστημα, συσκευή, περιβάλλον, μικροσκοπικό, μακροσκοπικό, αναστρέψιμες, μη αναστρέψιμες, παρατηρητικές, πληροφορίες, μέτρηση. Σε αυτή τη λίστα των κακών λέξεων από τα καλά βιβλία, το χειρότερο απ 'όλα είναι η «μέτρηση».
Αλλά αν ήταν να διερευνήσει διεξοδικά την βιωσιμότητα της θεωρίας του Bohm,Ο Μπελ απαιτείται να απαντήσει στην πρόκληση των λεγόμενων αποδείξεων αδύνατον κατά κρυμμένων μεταβλητών. Bell κατέγραψε αυτά σε ένα έγγραφο με τίτλο «Σχετικά με το πρόβλημα των κρυφών μεταβλητών στην Κβαντομηχανική». (Bell είχε γράψει πριν από το παρόν έγγραφο, το δικό του έγγραφο παράδοξο EPR, αλλά δεν εμφανίζονταν μέχρι δύο χρόνια μετά, το 1966, λόγω καθυστερήσεων εκδόσεων.) Εδώ έδειξε ότι το επιχείρημα John von Neumann  δεν αποδεικνύει την αδυναμία των κρυφών μεταβλητών, όπως υποστήριξε ευρέως, λόγω της εξάρτησής της από μια φυσική υπόθεση που δεν ισχύει για την κβαντομηχανική — δηλαδή, ότι η πιθανότητα μέσου όρου του αθροίσματος των ποσοτήτων παρατηρήσιμων ισούται με το άθροισμα των μέσων τιμών κάθε μίας από τις ξεχωριστές παρατηρήσιμες ποσότητες. Σε αυτό το ίδιο έργο, ο Μπελ έδειξε ότι μια ισχυρότερη προσπάθεια σε μια τέτοια απόδειξη (θεώρημα του Gleason του) επίσης αποτυγχάνει να εξαλείψει το κρυφό πρόγραμμα τω ν μεταβλητών. Το υποτιθέμενο ελάττωμα στην απόδειξη von Neumann είχε προηγουμένως ανακαλυφθεί από τον Γκρειτ Χερμαν( Grete Hermann) το 1935, αλλά δεν έγινε γνωστό μέχρι που ανακαλύφθηκε ξανά από τον Bell. Ωστόσο, το 2010, Jeffrey Bub δημοσίευσε ένα επιχείρημα ότι Bell (και, έμμεσα, Hermann) είχε ερμήνευσε εσφαλμένα την απόδειξη von Neumann, ισχυριζόμενος ότι δεν επιχειρεί να αποδείξει την απόλυτη αδυναμία των κρυφών μεταβλητών, και στην 
πραγματικότητα δεν είναι εσφαλμένη, τελικά.

Συμπεράσματα από πειραματικές δοκιμές
Το 1972 το πρώτο από τα πολλά πειράματα που έχουν δείξει (κάτω από την προέκταση σε ιδανική απόδοση του ανιχνευτή) παραβίαση της ανισότητας του Bell διεξήχθη. Ο ίδιος ο Μπελ καταλήγει στο συμπέρασμα απ’αυτά τα πειράματα "Φαίνεται τώρα ότι η μη-τοπικότητα είναι βαθιά ριζωμένη στην ίδια τη κβαντική μηχανική και θα εξακολουθούν να υπάρχουν σε κάθε ολοκλήρωση». Αυτό, σύμφωνα με τον Ο ίδιος ο Μπελ, προϋποθέτει επίσης το ότι η κβαντική θεωρία δεν είναι τοπικά και αιτιώδης δεν μπορεί να ενσωματωθεί σε οποιαδήποτε τοπικά αιτιώδη θεωρία. Ο ίδιος ο Μπελ λυπάται που τα αποτελέσματα των δοκιμών δεν συμφωνούν με την έννοια των τοπικών κρυφών μεταβλητών:
Για μένα, είναι τόσο λογικό να υποθέσουμε ότι τα φωτόνια σε αυτά τα πειράματα φέρουν μαζί τους τα προγράμματα, τα οποία έχουν συσχετιστεί εκ των προτέρων, λέγοντάς τους πώς να συμπεριφέρονται. Αυτό είναι τόσο λογικό που πιστεύω ότι, όταν είδε ότι ο Αϊνστάιν, και οι άλλοι αρνήθηκαν να το δουν, αυτός ήταν ο λογικός άνθρωπος. Οι άλλοι άνθρωποι, αν και η ιστορία τους εχει δικαιολογήσει, έθαβαν τα κεφάλια τους στην άμμο. ... Έτσι, για μένα, είναι λυπηρό το γεγονός ότι η ιδέα του Αϊνστάιν δεν λειτουργεί. Το λογικό πράγμα ακριβώς δεν λειτουργεί ».
Ο Bell φαίνεται να έχει γίνει επιλυθεί με την έννοια ότι μελλοντικά πειράματα θα συνεχίσουν να συμφωνούν με την κβαντική μηχανική και να παραβιάζουν την ανισότητα του. Αναφερόμενος στα πειράματα δοκιμής του Μπελ, παρατήρησε:
Είναι δύσκολο για μένα να πιστεύουν ότι η κβαντική μηχανική, λειτουργεί πολύ καλά για το παρόν πρακτικό set-up, ωστόσο, θα αποτύχει άσχημα με βελτιώσεις στην απόδοση του μετρητή ... " Μερικοί άνθρωποι εξακολουθούν να πιστεύουν ότι η συμφωνία με τις ανισότητες του Bell μπορεί ακόμα να σωθεί. Υποστηρίζουν ότι στο μέλλον πολύ πιο ακριβής πειράματα θα μπορούσαν να αποκαλύψουν ότι ένα από τα γνωστά κενά, για παράδειγμα, η λεγόμενη «δίκαιη δειγματοληψίας κενού", είχε πόλωση τις ερμηνείες. Οι περισσότεροι φυσικοί στην επικρατούσα τάση είναι ιδιαίτερα επιφυλακτικοί σχετικά με όλα αυτά τα "κενά", παραδέχονται την ύπαρξή τους, αλλά συνεχίζουν να πιστεύουν ότι οι ανισότητες του Bell πρέπει να αποτύχουν.
Ο Bell παρέμεινε ενδιαφέρον για την κβαντική μηχανική αντικειμενική »παρατηρητής-free». Ένιωθε ότι στο πιο θεμελιώδες επίπεδο, φυσικών θεωριών δεν θα έπρεπε να ασχολείται με παρατηρήσιμα, αλλά με «be-ables»:. "Οι beables της θεωρίας είναι τα στοιχεία εκείνα που θα μπορούσαν να αντιστοιχούν στα στοιχεία της πραγματικότητας, με τα πράγματα που υπάρχουν τους ύπαρξη δεν εξαρτάται από την «παρατήρηση». Παρέμεινε εντυπωσιασμένος με τις κρυμμένες μεταβλητές του Bohm ως ένα παράδειγμα ενός τέτοιου συστήματος και επιτέθηκε στις πιο υποκειμενικές εναλλακτικές λύσεις, όπως η ερμηνεία της Κοπεγχάγης.

Θάνατος
Ο Bell πέθανε απροσδόκητα από μια εγκεφαλική αιμορραγία στη Γενεύη το 1990. Εν αγνοία του Ο Bell, εκείνη τη χρονιά είχε προταθεί για το βραβείο Νόμπελ (που ποτέ δεν απονέμεται μετά θάνατον). Η συμβολή του στα ζητήματα που εγείρονται από την EPR ήταν σημαντική. Μερικοί τον θεωρούν ως έχει αποδείξει την αποτυχία του τοπικού ρεαλισμού (τοπικές τις κρυμμένες μεταβλητές). Στη δική του ερμηνεία (του Bell) είναι ότι η ίδια η τοποθεσία συναντήθηκε με το θάνατο του.|

Κληροδότημα
Το 2008, δημιουργήθηκε προς τιμήν του Μπελ ένα βραβείο από το Κέντρο Κβαντικής Πληροφορίας και Κβαντική Ελέγχου  στο Πανεπιστήμιο του Τορόντο. Επισήμως λέγεται "Ο John Stewart Ο Bell το βραβείο για την έρευνα σχετικά με τα θεμελιώδη ζητήματα στην Κβαντική Μηχανική και Εφαρμογές τους», το βραβείο απονέμεται κάθε δύο χρόνια για σημαντικές συνεισφορές δημοσιεύθηκαν για πρώτη φορά κατά τη διάρκεια των έξι προηγουμένων ετών. Το βραβείο αναγνωρίζει τις σημαντικές προόδους όσον αφορά τα θεμέλια της κβαντικής μηχανικής και στις εφαρμογές αυτών των αρχών. Το 2009, το πρώτο βραβείο απονεμήθηκε από τον Alain Aspect στον καθηγητή Nicolas Gisin, του Πανεπιστημίου της Γενεύης για τη θεωρητική και πειραματική εργασία του πάνω σε θεμέλια και τις εφαρμογές της κβαντικής φυσικής -. Κυρίως κβαντική nonlocality, η κβαντική κρυπτογραφία, και κβαντική τηλεμεταφορά

Σημειώσεις
1. Burke, P. G.; Percival, I. C. (1999). "John Stewart Bell. 28 July 1928 - 1 October 1990: Elected F.R.S. 1972". Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 45: 1. doi:10.1098/rsbm.1999.0001. edit
2. Amir D. Aczel, Entanglement, Plume, 2003, p. 139.
3. "Book of Members, 1780-2010: Chapter B". American Academy of Arts and Sciences. Retrieved 30 May 2011.
4. John Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, p. 14
5. Einstein, et al., "Can Quantum Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?"
6. Bell, p. 196
7. Introduction to the hidden-variable question, pg. 30, in Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics.
8. Against 'measurement' , pg. 215, in Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics.
9. Bell, p.1
10. Aczel, p. 144.
11. John von Neumann, Mathematical Foundations of Quantum Mechanics
12. Aczel, p. 141.
13. Bub, Jeffrey (2010). "Von Neumann’s ‘No Hidden Variables’ Proof: A Re-Appraisal". Foundations of Physics 40 (9-10): 1333–1340. arXiv:1006.0499. Bibcode 2010FoPh...40.1333B. doi:10.1007/s10701-010-9480-9.
14. Bell, p. 132
15. Jeremy Bernstein, Quantum Profiles, Princeton University Press, 1991, p. 84.
16. Bell, p. 109
17. Bell, p. 174
18. Bell, p. 92, 133, 181
19. R. Jackiw, A. Shimony, "Bell, John Stewart", Complete Dictionary of Scientific Biography, 2008.
20. W. Sullivan, "John Stewart Bell Is Dead at 62; Physicist Tested Particle Actions", New York Times, 10 October 1990.
21. The Centre for Quantum Information and Quantum Control (CQIQC), Toronto, Canada.
22. Announcement of 2009 Bell Prize, 30 September 2009.

Πηγές
• Aczel, Amir D. (2001) Entanglement: The Greatest Mystery in Physics. New York: Four Walls Eight Windows

• Bell, John S. (1987) Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics. Cambridge Univ. Press, ISBN 0-521-36869-3, 2004 edition with introduction by Alain Aspect and two additional papers: ISBN 0-521-52338-9.

• Albert Einstein, Podolsky, Rosen, (1935) "Can Quantum Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?" Phys. Rev. 47: 777.

• Gilder, Louisa (2008) The Age of Entanglement: When Quantum Physics Was Reborn. New York: Alfred A. Knopf.

• Pearle, Philip (1970) "Hidden-Variable Example Based upon Data Rejection," Physical Review D 2: 1418-25.

• John von Neumann (1932) Mathematical Foundations of Quantum Mechanics. Princeton Univ. Press. 1996 ed.: ISBN 0-691-02893-1.

Παραπομπές

Ιρλανδοί φυσικοί