www.fmath.info

Tõepoolest, peaaegu täielikult tingitud Belli teerajaja jõupingutuste suhtes quantum sihtasutused, katse, samuti teoreetiliste ja kontseptuaalsete, on saanud keskenduda eelkõige huvitatud teadlasi paljudest riikidest, ja on meile õpetanud palju väga oluline, mitte ainult quantum teooria, vaid iseloomu füüsilise universumi.

Lisaks sellele, ja see võib vaevalt on ennustada isegi alles 1990ndate keskel, mitu aastat pärast Belli surma, paljud mõisted uuritud Bell ja neil, kellel kujunes tema töö on aluseks uue teema quantum teave teooria, mis hõlmab selliseid teemasid nagu kvantarvutustehnika ja quantum krüptograafia. Tähelepanu quantum informatsiooni teooria on tohutult kasvanud viimastel aastatel, ja teema tundub kindlasti üks oluline kasv teadus on kahekümne esimesel sajandil.

John Stewart Bell vanemad olid nii elasid Põhja-Iirimaal mitu põlvkonda. Tema isa oli ka nimega John, et John Stewart on alati olnud nn Stewart perekonnas. Tema ema Annie, julgustatakse lapsi keskenduda oma hariduse, mis ta tundis, oli võti täitmisel ja väärika elu. Kuid tema neli last - John oli vanem õde, Ruby ja kaks nooremat venda, David ja Robert - ainult John suutis jääda koolis palju üle neljateistkümne. Nende pere ei ole hästi välja ja sel ajal ei olnud universaalse keskharidus ning minna tausta nagu näiteks kellukesed, et ülikool oli väga ebatavaline.

Bell ise olnud huvitatud raamatutest, ja eriti huvitatud teadusest varases eas. Ta oli väga edukas oma esimese kooli, Ulsterville Avenue ja Fane Street, ja aastaselt üksteist sooritanud vaevata oma kontrolli minna keskharidus. Kahjuks kulud osalemisel Belfasti's maineka grammatika koolis oli keelav, kuid piisavalt raha leiti Bell liikuda Belfast Technical High School, kus terve akadeemilise õppekava, mis oli teda ülikooli oli koos kutsehariduse uuringutes.

Bell veetis aasta spetsialistile füüsika osakonna Queen's University Belfastis, kus juhtival kohal personali osakond, professor Karl Emeleus ja dr Robert Sloane, olid erakordselt abivalmid, laenude Bell raamatuid ja lubab tal osaleda esimesel loenguid. Bell suutis siseneda osakond õpilasena aastal 1945. Tema edu oli väga edukas, ja ta lõpetas esimese-klassi Autasud on Eksperimentaalfüüsika 1948. Ta võis veeta veel üks aasta üliõpilane, sellel aastal saavutada teine aste, jälle Esimese klassi Autasud, seekord Mathematical Physics. Matemaatika füüsika, tema peamiseks õpetajaks oli professor Peter Paul Ewald, tuntud kui üks asutajatest Röntgenkristallografia; Ewald oli pagulane natsi-Saksamaa.

Bell oli juba mõtlesin sügavalt selle üle Kvantteooria, mitte ainult kuidas seda kasutada, kuid selle kontseptuaalset tähendust. Intervjuu Jeremy Bernstein, sest aasta lõpus oma elu ja noteeritud Bernsteini raamat, Bell teatatud on hämmingus siis tavaline avaldus Heisenberg määramatuse või määramatus põhimõtet (x p, kus x ja p on ebakindlus või indeterminacies, sõltuvalt ühelt poolt filosoofiline seisukoht, asukoht ja impulss võrra ning on (vähendatakse) Plancki 'i konstant).

Tundus, kui te seda suurust ja siis seisukoht on määratletud, või selle suuruse ja siis hoo täpselt määratletud. See kõlas nagu oleksite just vabadus teha seda, mida sa soovisid. See oli väga aeglaselt, et ma mõistsin, et see ei ole küsimus, mida soovite. See on tõesti küsimus, mida aparaat on toodetud selles olukorras. Kuid minu jaoks oli see veidi võidelda saada läbi selle. See ei olnud väga selgelt välja toodud raamatuid ja koolitusi, mis olid olemas mulle. Mäletan, väites, üks mu õppejõud, doktor Sloane, sellest. Olin saada väga kuumutada ning süüdistas teda rohkem või vähem, on ebaausus. Ta oli saada väga kuumutada liiga ja ütles: "Sa oled liiga kaugele."

Lõppedes oma bakalaureuseõppe õpingute Bell oleks soovinud töötada PhD. Ta oleks ka tahtnud uuringu kontseptuaalne alus Kvantteooria põhjalikumalt. Majanduslikud kaalutlused, aga tähendas, et ta oli unustada Kvantteooria, vähemalt praegu ja saada tööd, ja aastal 1949 liitus ta UK Atomic Research asutamisel Harwell, kuigi ta varsti kolis kiirendi projekteerimise grupi Malvern .

Just siin, et ta kohtus oma tulevase naise, Mary Ross, kes tuli koos kraadi matemaatika ja füüsika Šotimaalt. Nad abiellusid 1954 ja oli pikk ja edukas abielu. Maarja oli viibida kiirendi disaini kaudu oma karjääri; lõpus Jaani elus ta tagasi probleeme kiirendi projekteerimise ning tema ja Maarja kirjutas mõned paberid ühiselt. Läbi oma karjääri ta sai palju aruteludest koos Maarja ja kui aastal 1987, tema raamatud on Kvantteooria koguti ta lisada järgmised sõnad:

Ma siin uuendama väga eriti minu hingest Mary Bell. Kui ma vaatan läbi nende paberid jälle näen teda kõikjal.

Kiirendi projekt oli muidugi suhteliselt uus väli, ja Belli tööd Malvern koosnes jälgimise viise laetud osakeste kaudu kiirendid. Neil päeva enne arvutit, see nõuab ranget mõistmist Elektromagnetism ja teadmisi ning kohtuotsuse tegemiseks vajalik matemaatiline lihtsustusi kohustatud probleemi tractable mehhaanilise kalkulaator, säilitades olulised tunnused füüsika. Bell töö oli meisterlik.

Aastal 1951 Bell pakuti aasta puhkuse tööd Rudolf Peierls professor füüsika Birminghami Ülikool. Õpingute ajal Birminghamis, Bell tegi tööd väga oluliseks, tekitades oma versiooni tähistas CPT teoreem quantum valdkonnas teooria. See lause näitas, et vastavalt kombineeritud toimest kolm operaatorit füüsilisel sündmus: P, pariteedi korraldaja, kes läbi analüüsi; C tasu konjugatsioon operaator, mis asendas osakesed anti-osakeste ja T, mis läbi aja tühistamine tulemus oleks teise võimaliku füüsilise korral.
Kahjuks Gerhard Lüders ja Wolfgang Pauli osutunud sama lause veidi enne Bell, ja nad said kõik krediiti.

Kuid Bell lisatud teise töö ja omandanud doktorikraadi 1956. Ta sai väga väärtuslikuks toetuseks Peierls, ja kui ta naasis Birmingham läks ta Harwell liituda uue moodustatud rühma töö teoreetiline Alkeishiukkanen füüsika. Ta jäi Harwell kuni 1960, kuid tema ja Maarja järk-järgult sai mures, et Harwell oli eemaldumist põhilisi töö veel piirkondadest, kus kasutatakse füüsika, ja nad mõlemad kolis CERN, Center for European Nuclear Research in Geneva. Siin nad veetsid ülejäänud karjääri.

Bell avaldatud umbes 80 tk valdkonnas kõrge energia füüsika ja quantum valdkonnas teooria. Mõned olid üsna tihedalt seotud eksperimentaalfüüsika programmide CERN, kuid enamik olid üldteoreetiline valdkondades.

Olulisim oli see, et 1969 toob kaasa Adler-Bell-Jackiw (ABJ) ebakorrapärasust quantum valdkonnas teooria. See tulenes ühistöö Bell ja Ronan Jackiw, mis oli siis selgitada Stephen Adler. Nad näitasid, et üldise kehtiva algebra sisalduvale näidisele ebaselgus. Kvantimisele viis sümmeetria purunemine mudeli. See töö lahendada lahendamata probleem osakeste füüsika; teooria tundus ennustada, et neutraalne pion ei lagunemine kaheks footoneid, kuid katseliselt lagunemine toimus, nagu selgitas ABJ. Üle järgnenud kolmekümne aasta uuringus selliseid kõrvalekaldeid sai tähtis paljudes valdkondades, elementaarosakeste füüsika. Reinhold Bertlmann, kes ise ei oluline töö Bell, on kirjutanud raamatu pealkirjaga kõikumised Quantum Field Theory, ja kaks ellujäänud liikmed ABJ, Adler ja Jackiw jagatud 1988 Dirac medal rahvusvaheline keskus teoreetilise füüsika Trieste oma töö eest .

Kuigi osakeste füüsika ning quantum valdkonnas teooria oli töö Bell maksti teha ja ta kaasa aidanud, tema suur armastus oli Kvantteooria, ja see on tema töö siin, et ta tuleb meeles pidada. Nagu nägime, oli ta mures sisulist tähendust teooria alates hetkest, kui ta nii bakalaureuse-, ja paljud tema olulised argumendid olid nende põhjal kõnealusel ajal.

Kontseptuaalsed probleemid võivad olla kirjeldatud, kasutades ^spin-1 / ₂ süsteemi. Me võime öelda, et kui riigi-vektor on ₊ või _- vastavalt s _z on võrdne / ₂ ja - / ₂ võrra, kuid kui üks piirab võitma Schrödingerin võrrand, s _x ja s _y lihtsalt ei ole väärtusi. Kõik võib öelda, et kui mõõtmisel s _x, näiteks toimub, tõenäosuste kohta saadud tulemus on kas / ₂ või - / ₂ on mõlemad ¹ / _2.

Kui teiselt poolt, esialgsel kujul-vektor on üldine vorm C _{+ + +} C _{- -,} siis kõik me saame öelda, et mõõtmine s _z tõenäosus saada väärtus / ₂ | c ^"2 | ja et saada väärtus - / ₂ | c _- ² |. Enne mõõtmist, s _z lihtsalt ei ole väärtust.

Need avaldused on vastuolus kaks meie baasteadmisi. Hylkäämme realism, mis ütleb meile, et kogus on väärtus, mis asjad veel suureliselt - füüsiline maailm on olemas, tegevusest sõltumatud kõikidest vaatleja. Einstein oli eriti häirib see loobumine realism - ta nõudis olemasolu vaatleja tasuta valdkonda. Meil on ka tagasilükkamise determinismi, usk, et kui meil on täielik ülevaade riikliku süsteemi, saame ennustada täpselt kuidas ta käitub. Sellisel juhul me teame, riigi-vektori süsteemi, kuid ei saa ennustada tulemust mõõta s _z.

On selge, et me võiksime proovida tagasi realismi ja determinismi, kui me lubada, et Schrödingerin võrrand ning laine-funktsiooni või riigi-vektor, ei pruugi sisaldada kogu informatsiooni, mis on kättesaadav umbes süsteemi. Võib olla ka muid koguseid anda täiendav teave - varjatud muutujad. Nagu lihtsa näite, riigi-vektori üle võib kehtida ansambel paljude süsteemidega, kuid lisaks varjatud muutuja iga süsteemi kohta võib öelda, milline tegelik väärtus s _z olla. Realism ja determinismi oleks nii võimalik taastada; s _z oleks väärtus kogu aeg, ja täie teadmisega selle riigi süsteemi, sealhulgas väärtuse varjatud muutuja, saame prognoosida mõõtmistulemuseks s _z.

Täielik teooria peidetud muutujad tuleb tegelikult keerulisem kui see - me peame meeles pidama, et me tahame näha tulemusi mõõta mitte ainult s _z, vaid ka s _x ja s _y ja muu komponent s. Siiski tundub loomulik, et võimalust täiendada Schrödingerin võrrand peidetud muutujad oleks võetud tõsiselt. Tegelikult siiski Niels Bohr ja Werner Heisenberg oli veendunud, et üks eesmärk ei peaks olema realistlikud. Järelikult oli neil hea meel, kui John von Neumann tõestanud teoreemi, väites, et näidata täpselt, et see on võimalik lisada varjatud muutujatega struktuuri quantum theory. See oli väga üldtunnustatud üle kolmekümne aasta.

Bohr esitas oma (võib-olla pigem varjata) raames täiendavust, mis püüdis seletada, miks ei tohiks eeldada, et meede s _x ja s _y (või x ja p) samaaegselt. See oli tema Kopenhaageni tõlgendus quantum theory. Einstein siiski tagasi selle ja selle eesmärgiks on taastada realism. Füüsikud peaaegu ühehäälselt soodsates Bohr.

Einstein 's tugevam argument, kuid see ei saanud väga üldiselt ilmneb mitu aastakümmet näha kuulsa Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) väide, 1935, ehitatud by Einstein abiga oma kaks nooremat kaastöötajate, Boris Podolsky ja Nathan Rosen. Siin, nagu tavaliselt tehakse, me räägime lihtsama versiooni argument, arvasin, kuni veidi hiljem David Bohm.

Kaks ^spin-1 / ₂ osakesed on lugeda, nad on moodustatud lagunemine ^spin-1 / ₂ osakeste, ja need liiguvad väljapoole selle lagunemine vastassuunas. Koos riigi-vektor võib olla kirjutatud näiteks ⁽¹ / _{√ 2) (1 - 2 +} - _{1-2 +),} kui ₁ s ja ₂ s osakesi 1 ja 2 on seotud s üle. See riigi-vektor on kummaline vorm. Kaks osakesed ei ole seal sõltumatult, vaid kas riik osakeste 1 on korrelatsioonis eelkõige riigi osakeste 2. Riigi-vektor on väidetavalt takerdunud.

Kujutlege mõõtmise s _1. z. Kui me + / _2, teame, et vahetu mõõtmise s ₂ z on kohustatud andma - / _2, ja vastupidi, kuigi vähemalt vastavalt Kopenhaagen, enne mis tahes mõõtmist, ükski komponent kas spin on eriti väärtus.

Tulemusena see argument on, et vähemalt üks kolmest avaldused peavad olema täidetud:

(1) osakesed tuleb vahetada teavet silmapilkselt st kiiremini kui kerged;
(2) on peidetud muutujad, nii katsete tulemuste on eelnevalt ordineeritud või
(3) Kvantteooria ei ole täpselt paika need üsna eriline eksperimente.

Esimene võimalus võib kirjeldada kui loobumise põhimõtte paikkonnas, kus signaale ei saa edasi ühest osakese teisele kiiremini kui valguse kiirus. See ettepanek oli anathema Einsteini. Ta järeldas seega, et kui Kvantteooria oli õige, et üks välistada võimalust (3), siis (2) peab olema tõene. Kui Einstein 'i mõttes Kvantteooria ei olnud täielik, kuid vaja lisada varjatud muutujad.

Bell pidada ennast järgija on Einstein. Ta ütles Bernstein:

Tundsin, et Einstein 'i intellektuaalse paremust Bohr, antud juhul oli tohutu, tohutu lõhe mees, kes nägi selgelt, mida oli vaja, ja obscurantist.

Bell toetasid seega realismi vormis varjatud muutujad. Ta oli õnnelik loomisest 1952 David Bohm on versioon Kvantteooria mis sisaldas varjatud muutujad, pealtnäha trotsides von Neumann 's tulemuse. Bell kirjutas:

Aastal 1952 nägin võimatu teha.

1964, Bell tegi oma suure panuse quantum theory. Esiteks ta ehitada oma varjatud muutuja arvesse mõõta mis tahes osa spin. See oli eeliseks on palju lihtsam, et Bohm töö ja seega palju raskem lihtsalt ignoreerida. Seejärel jätkas ta palju kaugemale Bohm, näidates selgelt, täpselt viga oli von Neumann 's argument.

Von Neumann oli pikendas ebaseaduslikult oma oletatava peidetud muutujad tulenevad muutujad quantum theory, et ootused väärtus A + B on võrdne summaga ootusi väärtusi ja B. (Ootus väärtus muutuja keskmine võimalik eksperimentaalsete tulemuste kaalutud nende esinemistõenäosuse.) Pärast seda viga aru, oli selge, et varjatud muutujatega teooriaid Kvantteooria olid võimalikud.

Kuid Bell siis näidanud teatavate soovimatute omaduste varjatud muutuja teooriad peavad olema. Kõige tähtsam on, tuleb need ei ole kohalikud. Ta näitas seda laiendades EPR argument, mis võimaldavad mõõtmisi iga tiiva seadmed tahes osa spin, mitte ainult s _z. Ta leidis, et isegi peidetud muutujad on lubatud, mõnel juhul saadud tulemuse üks tiib peab sõltuma, mis osa spin mõõdetakse muu, see rikub asukohta. Lahendus EPR probleem, et Einstein oleks meeldinud, lükates (1), kuid säilitada (2) oli ebaseaduslik. Isegi kui keegi kinni (2), kui üks säilitada (3) üks oli ka säilitada (1).

Bell oli näitas täpselt, et üks ei saanud kohalike realistlik teooriad quantum theory. Henry Stapp nimetas tulemus:

Kõige sügava avastatud teadust.

Muu vara varjatud muutujaid Bell näitas oli see, et nad peavad olema kontekstuaalne. Arvatud kõige lihtsamal juhul on tulemuseks oled saanud siis, kui mõõdetakse muutuja peab sõltuma, mis muud kogused mõõdetakse üheaegselt. Seega varjatud muutujad ei ole mõelnud, nagu ütleb mida väärtus kogust "on", vaid seda, mida väärtus jõuame, kui me seda mõõta.

Revenons paikkonna küsimus. Seega on eeldatud, et kvant teooria on täpselt õige, kuid loomulikult see ei saa kunagi teada. John Clauser, Richard Holt, Michael Horne ja Abner Shimony kohandatud Belli tööd anda otsene eksperimentaalne katse kohalike realism. Seega oli kuulsa CHHS-Bell ebavõrdsus, sageli just nn Bell ebavõrdsust. In EPR-tüüpi eksperimendid on see ebavõrdsus kuuletus kohalike peidetud muutujad, kuid seda võib rikkuda teiste teooriaid, sealhulgas quantum theory.

Bell on saavutanud seda, mida nimetatakse eksperimentaalse filosoofia; tulemused märkimisväärsed filosoofilist tähtsust võib saada eksperiment. Bell ebavõrdsus on testitud ligi kolmekümne aasta jooksul üha keerulisemaks, eksperimentaalsed katsed tegelikult kasutatakse footonite ning takerdunud polarisations, mis on matemaatiliselt samaväärne takerdunud keerutab käsitleti eespool. Kuigi paljud teadlased on osalenud, valiku kõige olulisem hõlmaks Clauser, Alain Aspect ja Anton Zeilinger.

Kuigi vähemalt ühe lünga veel suletud [augustis 2002], tundub peaaegu kindel, et kohalike realism on rikutud, ning et Kvantteooria saab ennustada tulemusi kõikides katsetes.

Kogu ülejäänud elu, Bell jätkas kriitikat tavaliselt teooriatega mõõtmine quantum theory. Tasapisi sai vähemalt veidi rohkem vastuvõetav küsimus Bohr ja von Neumanni ja uurida, mida tähendab quantum theory muutunud auväärne tegevus.

Bell ise sai Royal Society juba 1972, kuid see oli tunduvalt hiljem, enne kui ta on saanud auhindu ta vääris. Viimase paari aasta jooksul oma elust sai ta Hughes medal Royal Society, Dirac medal Füüsika Instituudi ja Heineman auhinna Ameerika Füüsika Selts. Kahe nädala jooksul on juuli 1988 sai ta au kraadi nii Kuninganna ja Trinity Kolledž Dublinis. Ta kandideeris Nobeli preemia, kui ta elas kümme aastat kauem ta oleks kindlasti saanud seda.

Seda ei tule. John Bell suri ootamatult alates insult ^1. oktoobril 1990. Alates sellest kuupäevast summa huvi tema töö ja selle rakendamine quantum informatsiooni teooria on pidevalt kasvanud.

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