Τζον Στιούαρτ Μπελ

Ο Τζον Στιούαρτ Μπελ (John Steawart Bell) FRSBurke, 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 (28 του Ιουνίου του 1928 - 1 Οκτωβρίου 1990) ήταν φυσικός από τη Βόρεια Ιρλανδία και ο δημιουργός του θεωρήματος Bell, ενός σημαντικού θεωρήματος της κβαντικής φυσικής που σχετίζεται με τη θεωρία κρυμμένων μεταβλητών.

Πρώιμα στάδια ζωής και εργασίας    
Ο Τζον Μπελ γεννήθηκε στο Μπέλφαστ (Belfast) της Βόρειας Ιρλανδίας. Όταν ήταν 11 χρονών αποφάσισε να γίνει επιστήμονας και στα 16 του αποφοίτησε από το Τεχνικό Γυμνάσιο του Μπέλφαστ. Ο Μπελ έπειτα παρακολούθησε μαθήματα στο Queen's University of Belfast από όπου έλαβε πτυχίο στην πειραματική φυσική το 1948, και ένα ακόμα στη μαθηματική φυσική έναν χρόνο αργότερα. Ολοκλήρωσε τη διδακτορική του διατριβή Πανεπιστήμιο του Birmingham το 1956 στο αντικείμενο της φυσικής με ειδικότητα στην πυρηνική φυσική και στην κβαντική θεωρία πεδίου. Το 1954 παντρεύτηκε τη Μαίρη Ρος (Mary Ross), επίσης φυσικό, την οποία γνώρισε κατά την περίοδο που εργαζόταν πάνω στη φυσική των επιταχυντών στο Malvern, UK.Amir D. Aczel, Entanglement, Plume, 2003, p. 139. 

Η καριέρα του Μπελ ξεκίνησε στο Ίδρυμα Έρευνας Ατομικής Ενέργειας του Ηνωμένου Βασιλείου, κοντά στο Harwell, της Οξφόρδης, το οποίο ήταν γνωστό και ως AERE ή Harwell Laboratory. Το 1960, ξεκίνησε να εργάζεται στο European Center for Nuclear Research (CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) στη Γενεύη, Ελβετία. Εκεί δούλευε σχεδόν αποκλειστικά στη θεωρητική φυσική των σωματιδίων και στη φυσική των επιταχυντών, ωστόσο τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα επεκτείνονταν και στην αναζήτηση των θεωρητικών θεμελίων της κβαντικής θεωρίας. Το 1987 εξελέγη επίτιμο μέλος Εξωτερικών της Αμερικανικής Ακαδημίας Τεχνών και Επιστημών."Book of Members, 1780-2010: Chapter B". American Academy of Arts and Sciences. Retrieved 30 M

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".John Bell, Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, p. 14 Σε αυτή τη δουλειά, έδειξε ότι η μεταφορά ανάλυση EPR Einstein, et al., "Can Quantum Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?" 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."Bell, p. 196 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 προς την απόδειξη του von Neumann
Το ενδιαφέρον του Bell για τις κρυμμένες μεταβλητές πυροδοτήθηκε από την ύπαρξη ενός «κινητού ορίου» στον φορμαλισμό της κβαντικής μηχανικής το οποίο κινείται μεταξύ της προσέγγισης κβαντικού συστήματος και του οικοδομήματος της κλασσικής θεωρίας: 

Η πιθανότητα να ανακαλύψουμε με ακρίβεια το που βρίσκεται το όριο αυτό είναι υπαρκτή. Πιο ευλογοφανές για μένα είναι να βρούμε ότι δεν υπάρχει όριο.

.....Οι κυματοσυναρτήσεις θα αποδεικνύονταν ως μία προσωρινή ή ελλιπής περιγραφή για το κβαντικό σύστημα και μία αντικειμενική προσέγγιση του θα ήταν πλέον εφικτή. Είναι αυτή η δυνατότητα, ενός ομοιογενούς λογαριασμού του κόσμου, που είναι για μένα το κύριο κίνητρο της μελέτης της λεγόμενης δυνατότητας «κρυφής μεταβλητής».Introduction to the hidden-variable question, pg. 30, in Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics.
Στο Μπελ έκανε εντύπωση ότι στη διαμόρφωση της μη τοπικής θεωρίας κρυφών μεταβλητών 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 σε μένα ότι δεν ασχολούνται πολύ με τη φυσική ακρίβεια. Αυτό είναι σαφές, ήδη από το λεξιλόγιό τους. Εδώ είναι μερικές λέξεις που, όσο νόμιμες και απαραίτητες είναι στην εφαρμογή τους, δεν έχουν θέση σε μια διατύπωση με οποιαδήποτε αξίωση φυσικής ακρίβειας: σύστημα, συσκευή, περιβάλλον, μικροσκοπικός, μακροσκοπικός, αναστρέψιμος, μη αναστρέψιμος, παρατηρήσιμος, πληροφορία, μέτρηση. Σε αυτή τη λίστα των κακών λέξεων από τα καλά βιβλία, το χειρότερο απ' όλα είναι η «μέτρηση».Against 'measurement' , pg. 215, in Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics.
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. Ο Bell κατέγραψε αυτά σε ένα έγγραφο με τίτλο «Σχετικά με το πρόβλημα των κρυφών μεταβλητών στην Κβαντομηχανική».Bell, p.1 (Ο 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.Aczel, p. 144.). Εδώ έδειξε ότι το επιχείρημα John von Neumann John von Neumann, Mathematical Foundations of Quantum Mechanics 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.Aczel, p. 141. Σε αυτό το ίδιο έργο, ο Μπελ έδειξε ότι μια ισχυρότερη προσπάθεια σε μια τέτοια απόδειξη (θεώρημα του Gleason) επίσης αποτυγχάνει να εξαλείψει το κρυφό πρόγραμμα των 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.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.

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».Bell, p. 132 Αυτό, σύμφωνα με τον ίδιο τον 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 έχει 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».Jeremy Bernstein, Quantum Profiles, Princeton University Press, 1991, p. 84.
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 ... "Bell, p. 109 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».Bell, p. 174 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.Bell, p. 92, 133, 181

Θάνατος
μικρογραφία|Ο τάφος της τεφροδόχου το 2024.
Ο Bell πέθανε απροσδόκητα από μια εγκεφαλική αιμορραγία στη Γενεύη το 1990.R. Jackiw, A. Shimony, "Bell, John Stewart", Complete Dictionary of Scientific Biography, 2008.W. Sullivan, "John Stewart Bell Is Dead at 62; Physicist Tested Particle Actions", New York Times, 10 October 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.

Τα λείψανά του αποτεφρώθηκαν. Η τεφροδόχος που περιείχε τις στάχτες του θάφτηκε στο Columbarium του Cimetière de Saint-Georges στη Γενεύη.

Κληροδότημα
Το 2008, δημιουργήθηκε προς τιμήν του Μπελ ένα βραβείο από το Κέντρο Κβαντικής Πληροφορίας και Κβαντική Ελέγχου The Centre for Quantum Information and Quantum Control (CQIQC), Toronto, Canada. 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. Announcement of 2009 Bell Prize, 30 September 2009.

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

Κατηγορία:Ιρλανδοί φυσικοί