Mathématiciens

Ligne de temps Photos Argent Timbres Croquis Recherche

John Stewart Bell

Date de naissance:

Endroit de naissance:

Date de la mort:

Endroit de la mort:

28 July 1928

Belfast, Ireland

1 Oct 1990

Geneva, Switzerland

Présentation Wikipedia
ATTENTION - traduction automatique de la version anglaise

John Bell 's grande réalisation a été que, durant les années 1960, il a été en mesure d'insuffler une nouvelle et excitante vie dans les fondements de la théorie quantique, un sujet apparemment épuisé par les résultats de la Bohr - Einstein débat trente ans plus tôt, et ignoré par pratiquement tous ceux qui utilisé la théorie quantique dans l'intervalle. Bell a pu montrer que le débat sur des concepts tels que «réalisme», «déterminisme» et «localité» pourrait être renforcée dans une déclaration mathématique rigoureuse, «l'inégalité de Bell», qui est capable d'essai expérimental. Ces tests, de plus en plus régulièrement dans les centrales électriques et de précision, ont été effectuées au cours des trente dernières années.

En effet, presque entièrement due à Bell d'avant-garde des efforts, l'objet quantique de fondations, d'expérimentation ainsi que théorique et conceptuel, est devenu un centre d'intérêt majeur pour les scientifiques de nombreux pays, et nous a enseigné beaucoup d'importance fondamentale, non seulement sur quantique théorie, mais sur la nature de l'univers physique.

En outre, ce qui pourrait à peine avoir été prévu même plus tard que le milieu des années 1990, plusieurs années après la mort de Bell, un grand nombre de concepts étudiés par Bell et ceux qui développe ses travaux ont constitué la base du nouveau domaine de l'information quantique théorie, qui comprend des sujets tels que l'informatique quantique et la cryptographie quantique. Attention à la théorie quantique de l'information a énormément augmenté au cours des dernières années, et le sujet semble être à certains une des plus importantes zones de croissance de la science dans la vingt et unième siècle.

John Stewart Bell ses parents avaient tous deux vécu dans le nord de l'Irlande de plusieurs générations. Son père a également été nommé John, afin John Stewart a toujours été appelé Stewart au sein de la famille. Sa mère, Annie, a encouragé les enfants à se concentrer sur leurs études, qui, at-elle estimé, est la clef d'un satisfaisante et digne. Toutefois, de ses quatre enfants - John a une sœur aînée, Ruby, et deux jeunes frères, David et Robert - que John a pu rester à l'école beaucoup plus de quatorze ans. Leur famille n'a pas été aisés, et à ce moment-là il n'y avait pas de l'enseignement secondaire universel, et de passer d'un contexte comme celui de la Bells à l'université était exceptionnellement rare.

Bell lui-même était intéressé dans les livres, et particulièrement pour la science dès le plus jeune âge. Il a connu un grand succès dans son premier écoles, Ulsterville Fane Avenue et la rue, et, à l'âge de onze ans, adopté avec facilité l'examen de son dossier pour passer à l'enseignement secondaire. Malheureusement, le coût de participation à un de Belfast prestigieux lycée est prohibitif, mais assez d'argent a été trouvé pour Bell de passer à la technique de Belfast High School, où un programme universitaire qui lui qualifié pour l'Université d'entrée s'est accompagnée d'études professionnelles.

Bell a passé un an comme technicien dans le Département de Physique de l'Université Queen's de Belfast, où les hauts membres du personnel du Département, le professeur Karl Emeleus et le Dr Robert Sloane, ont été exceptionnellement utile, les prêts de livres et de Bell en lui permettant d'assister à la première année conférences. Bell a été en mesure d'entrer dans le ministère comme un étudiant en 1945. Ses progrès ont été extrêmement fructueux, et il a obtenu son diplôme avec First-Class Honours en physique expérimentale en 1948. Il a réussi à passer une année de plus comme un étudiant, cette année-là la réalisation d'un deuxième degré, là encore avec First-Class Honours, cette fois en physique mathématique. En physique mathématique, son professeur principal était le professeur Pierre-Paul Ewald, célèbre comme un des fondateurs de cristallographie aux rayons X; Ewald a été un réfugié de l'Allemagne nazie.

Bell est déjà profondément la pensée sur la théorie quantique, non seulement comment l'utiliser, mais sa signification conceptuelle. Dans une entrevue avec Jeremy Bernstein, étant donné vers la fin de sa vie et cité dans le livre de Bernstein, Bell a déclaré être perplexe par la déclaration habituelle de l'incertitude de Heisenberg ou indétermination principe (p x,x et p sont les incertitudes ou indeterminacies, selon un sur la position philosophique, et de la position respectivement, et est le (réduit) Planck 's constant).

Il a regardé comme si vous pouviez prendre cette taille et la position est bien définie, ou que la taille et la dynamique est bien défini. Il sonnait comme si vous étiez libres de faire ce que vous avez souhaité. Ce n'est que lentement que je me suis rendu compte que ce n'est pas une question de ce que vous souhaitez. C'est vraiment une question de savoir ce qui appareil a produit cette situation. Mais pour moi, c'était un peu d'une lutte à passer à cela. Il n'a pas été très clairement énoncées dans les livres et les cours qui étaient à ma disposition. Je me souviens de discuter avec un de mes professeurs, un docteur Sloane, à ce sujet. Je devenais très chauffée et l'accusant, plus ou moins, de malhonnêteté. Il devenait très trop chauffée et dit: "Vous allez trop loin».

À la conclusion de son études de premier cycle Bell aurait aimé travailler pour un doctorat. Il aurait également souhaité que d'étudier la base conceptuelle de la théorie quantique de manière plus approfondie. Les considérations économiques, mais, signifiait qu'il devait oublier la théorie quantique, au moins pour le moment, et obtenir un emploi, et en 1949 il a rejoint la UK Atomic Research Establishment à Harwell, mais il a rapidement déplacé à l'accélérateur Design Group à Malvern .

C'est là qu'il rencontre sa future épouse, Mary Ross, qui est venu avec des diplômes en mathématiques et physique de l'Écosse. Ils se sont mariés en 1954 et a une longue et fructueuse mariage. Marie était de rester dans la conception jusqu'à l'accélérateur de sa carrière, vers la fin de la vie de John, il est retourné à des problèmes d'accélérateur et de conception et de Marie, il a écrit certains documents conjointement. Grâce à sa carrière il a acquis beaucoup de discussions avec Marie, et quand, en 1987, ses papiers sur la théorie quantique ont été recueillies, il a inclus les termes suivants:

Je renouveler ici mes très chaleureux surtout merci à Marie Bell. Quand je regarde à travers ces documents encore, je la vois partout.

Accélérateur de conception est, bien entendu, un domaine relativement nouveau, et de Bell travail a consisté à Malvern de retrouver les chemins de particules chargées par des accélérateurs. En ces jours avant les ordinateurs, ce qui suppose une compréhension rigoureuse de l'électromagnétisme, et de la perspicacité et le jugement de prendre les mesures nécessaires simplifications mathématiques nécessaires pour rendre le problème tractable sur une calculatrice mécanique, tout en conservant les caractéristiques essentielles de la physique. Bell a été magistral.

En 1951, Bell a offert une année de congé d'absence de travailler avec Rudolf Peierls, professeur de physique à l'Université de Birmingham. Au cours de son temps à Birmingham, Bell a fait un travail de grande importance, la production de sa version du célèbre théorème CPT de théorie quantique des champs. Ce théorème a montré que, sous l'action combinée des trois opérateurs sur un événement physique: P, la parité opérateur, qui a effectué une réflexion, C, la charge de conjugaison opérateur, qui a remplacé par des particules anti-particules, et T, qui a effectué un retournement temporel , Le résultat serait une autre manifestation physique.
Malheureusement Gerhard Lüders et Wolfgang Pauli a démontré la même théorème un peu avant de Bell, et ils ont reçu tout le crédit.

Toutefois, Bell a ajouté un autre morceau de travail et a obtenu un doctorat en 1956. Il a également obtenu le soutien très précieux de Peierls, et quand il est revenu de Birmingham, il se rendit à Harwell à se joindre à un nouveau groupe mis en place pour le travail théorique sur la physique des particules élémentaires. Il est resté à Harwell jusqu'à 1960, mais il a peu à peu et Mary s'est inquiété du fait que Harwell s'éloigne de travail fondamental pour plus appliquée domaines de la physique, et ils ont tous deux déménagé au CERN, le Centre européen pour la recherche nucléaire à Genève. Ici, ils ont passé le reste de leur carrière.

Bell a publié quelque 80 articles dans le domaine de la physique des hautes énergies et la théorie quantique des champs. Certains étaient assez étroitement liés aux programmes de physique expérimentale au CERN, mais la plupart étaient en général des domaines théoriques.

Les travaux les plus importants est celui de 1969 conduit à l'Adler-Bell-Jackiw (ABJ) anomalie dans la théorie quantique des champs. Il en est résulté de travail conjoint de Bell et Ronan Jackiw, qui a été précisé par Stephen Adler. Ils ont montré que le niveau actuel modèle de l'algèbre une ambiguïté. Quantification a conduit à une rupture de symétrie du modèle. Ce travail résoudre un problème en physique des particules; théorie semble prédire que le pion neutre ne peut décomposition en deux photons, expérimentalement, mais la dégradation a eu lieu, comme l'a expliqué ABJ. Au cours des trente années, l'étude de ces anomalies est devenu important dans de nombreux domaines de la physique des particules. Reinhold Bertlmann, qui n'a lui-même un travail important avec Bell, a écrit un livre intitulé Anomalies in Quantum Field Theory, et les deux membres survivants de l'ABJ, Adler et Jackiw partage la médaille Dirac 1988 du Centre international de physique théorique de Trieste pour leur travail .

Bien que la physique des particules et la théorie quantique des champs a été le travail de Bell a été versée à faire, et il a fait excellentes contributions, son grand amour est pour la théorie quantique, et c'est pour son travail ici qu'il restera dans les mémoires. Comme nous l'avons vu, il était préoccupé par le sens fondamental de la théorie à partir du moment où il a comme un cycle, et beaucoup de son importante arguments ont leur base à ce moment-là.

Les problèmes conceptuels mai être décrites en utilisant le spin-1 / 2. Nous mai dire que lorsque l'état-vecteur est de + ou - respectivement, s z est égal à / 2 et - / 2, respectivement, mais, si l'on se limite à l'équation de Schrödinger, s s x et y seulement n'ont pas de valeurs. Tous l'on puisse dire est que si une mesure de s x, par exemple, est effectué, les probabilités du résultat obtenu que ce soit / ou 2 - / 2 sont à la fois 1 / 2.

Si, d'autre part, l'état initial-vecteur a la forme générale de c + c + + - -, alors tout ce que nous pouvons dire, c'est que dans une mesure de s z, la probabilité d'obtenir la valeur de / 2 | c "2 |, et que d'obtenir la valeur de - / 2 | c - 2 |. Avant toute mesure, s z seulement ne possède pas une valeur.

Ces déclarations en contradiction avec deux de nos notions de base. Nous sommes le rejet de réalisme, qui nous dit que une quantité a une valeur, pour mettre les choses plus grandma - le monde physique a une existence indépendante des actions de tout observateur. Einstein a été particulièrement troublée par cet abandon de réalisme - il a insisté sur l'existence d'un observateur sans royaume. Nous sommes également le rejet de déterminisme, la conviction que, si nous avons une connaissance complète de l'état du système, nous pouvons prévoir exactement comment il se comportera. Dans ce cas, nous savons que l'état-vecteur du système, mais ne peut pas prédire le résultat de la mesure de s z.

Il est clair que nous pourrions essayer de récupérer le réalisme et le déterminisme si nous a permis d'avis que la équation de Schrödinger, et la vague de fonction ou de l'état-vecteur, pourrait ne pas contenir toutes les informations qui sont disponibles sur le système. Il peut-être d'autres quantités de donner des informations supplémentaires - variables cachées. Comme un exemple simple, l'état-vecteur ci-dessus pourrait s'appliquer à un ensemble de nombreux systèmes, mais en plus une variable cachée pour chaque système peut dire ce que la valeur réelle de s z peut-être. Le réalisme et le déterminisme serait à la fois être rétablie; s z aurait une valeur à tout moment et, en toute connaissance de l'état du système, y compris la valeur de la variable cachée, nous pouvons prédire le résultat de la mesure de s z.

Une théorie de variables cachées doit effectivement être plus compliqué que celui-là - nous devons nous rappeler que nous tenons à prédire les résultats de mesure non seulement s z, mais également s x et s y, et toute autre composante de s. Néanmoins, il semble naturel que la possibilité de compléter l'équation de Schrödinger avec des variables cachées auraient été prises au sérieux. En fait, si, Niels Bohr et Werner Heisenberg étaient convaincus qu'il ne faut pas pour but de réalisme. Ils étaient donc heureux quand John von Neumann prouvé un théorème qui prétend montrer rigoureusement qu'il est impossible d'ajouter des variables cachées à la structure de la théorie quantique. Ce devait être très généralement accepté depuis plus de trente ans.

Bohr a présenté son (peut-être un peu obscur) cadre de la complémentarité, qui a tenté d'expliquer pourquoi il ne faut pas s'attendre à mesure s x et y s (ou x et p) simultanément. Il s'agissait de son interprétation de Copenhague de la théorie quantique. Einstein cependant rejeté, et visant à rétablir le réalisme. Les physiciens presque unanimement favorables à Bohr.

Einstein de l 'argument plus fort, même si cela n'a pas généralement très apparente pendant plusieurs décennies réside dans la célèbre d'Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) argument de 1935, construite par Einstein avec l'aide de ses deux jeunes collègues, Boris Podolsky et Nathan Rosen. Ici, comme c'est souvent fait, nous discutons une version simplifiée de l'argument, de pensée un peu plus tard par David Bohm.

Deux spin-1 / 2 particules sont pris en compte, elles sont issues de la désintégration d'un spin-1 / 2 particules, et ils se déplacent vers l'extérieur de cette dégradation dans des directions opposées. Le combiné état-mai vecteur être écrit sous la forme (1 / √ 2) (1 - 2 + - 1 - 2 +), où la 1 s et 2 s pour les particules 1 et 2 sont liés à la s ci-dessus. Cet état-vecteur a une forme étrange. Les deux particules n'apparaissent pas dans indépendamment, mais l'un comme l'autre des particules 1 est corrélée avec un état particulier de particules 2. L'état-vecteur est, dit-on, enchevêtrée.

Maintenant, imaginez la mesure de s z 1. Si nous obtenons + / 2, nous savons qu'une mesure immédiate de s 2 z est lié à rendement - / 2, et vice-versa, bien que, selon au moins à Copenhague, avant toute mesure, aucun élément de spin soit a un particulier valeur.

Le résultat de cet argument est que au moins un des trois états doit être vrai:

(1) Les particules doivent être d'échanger des informations instantanément, c'est-à-dire plus rapide que la lumière;
(2) Il existe des variables cachées, de sorte que les résultats des expériences sont pré-ordonnés, ou
(3) La théorie quantique n'est pas exactement vrai dans ces expériences plutôt spéciale.

La première possibilité mai être décrite comme la renonciation au principe de la localité, où les signaux ne peuvent être transmises d'une particule à l'autre plus rapidement que la vitesse de la lumière. Cette suggestion a été anathème à Einstein. Il a donc conclu que si la théorie quantique est juste, si une possibilité écartée (3), (2) doit être vrai. En Einstein 's, la théorie quantique n'était pas complète, mais doivent être complétées par des variables cachées.

Bell lui-même considéré comme un suiveur d'Einstein. Il a dit à Bernstein:

Je sentais que Einstein 's supériorité intellectuelle sur Bohr, dans ce cas, est énorme, un vaste fossé entre l'homme qui a vu clairement ce qui était nécessaire, et les obscurantistes.

Bell a donc appuyé le réalisme sous la forme de variables cachées. Il se réjouit par la création en 1952 par David Bohm d'une version de la théorie quantique qui comprenait des variables cachées, apparemment au mépris de von Neumann 's résultat. Bell a écrit:

En 1952, j'ai vu faire l'impossible.

En 1964, Bell a fait ses propres contributions à une grande théorie quantique. Tout d'abord, il construit son propre compte variable cachée de la mesure de toute composante de spin. Cela avait l'avantage d'être beaucoup plus simple que le travail de Bohm, et donc beaucoup plus difficile d'ignorer simplement. Il est ensuite allé beaucoup plus loin que Bohm en démontrant clairement exactement ce qui n'allait pas avec von Neumann l 'argument.

Von Neumann a prolongé illégalement son putatif à variables cachées une suite de variables de la théorie quantique que l'attente valeur de A + B est égal à la somme des valeurs attente de A et de B. (On s'attend à une valeur de la variable est la moyenne des résultats expérimentaux possible pondérée par leur probabilité d'occurrence.) Une fois que cette erreur a été réalisé, il est clair que des variables cachées théories de la théorie quantique sont possibles.

Toutefois Bell ensuite démontré certaines propriétés indésirables que variable cachée des théories doit avoir. Plus important encore, ils doivent être non-locales. Il a démontré par cette extension de l'EPR argument, ce qui permet des mesures dans chaque aile de l'appareil de toute composante de spin, non seulement s z. Il a jugé que, même lorsque des variables cachées sont autorisés, dans certains cas, le résultat obtenu dans une aile doit dépendre de quelle composante de spin est mesurée dans les autres, ce qui viole la localité. La solution au problème que EPR Einstein aurait aimé, en rejetant (1), mais en conservant (2) a été illégitime. Même si une retenue (2), tant que l'un maintenu (3) a également un à conserver (1).

Bell a montré une rigueur que ne pouvait pas être réaliste théories locales de la théorie quantique. Henry Stapp appelé ce résultat:

la plus profonde découverte de la science.

L'autre propriété de variables cachées que Bell a été démontré que ceux-ci doivent être contextuelle. Sauf dans les cas les plus simples, le résultat obtenu lorsque l'on mesure une variable doit dépendre sur lesquels d'autres quantités sont mesurées en même temps. Ainsi variables cachées ne peut être pensé que de dire quelle valeur une quantité «a», seulement quelle valeur nous obtiendrons si nous mesurer.

Revenons à la question localité. Ainsi, il a été supposé que la théorie quantique est exactement vrai, mais bien sûr, ce ne peut jamais être connue. John Clauser, Richard Holt, Michael Horne et Abner Shimony adaptés de Bell à donner un directe d'essai locaux de réalisme. C'est ainsi que le célèbre CHHS-Bell inégalité, souvent appelé simplement l'inégalité de Bell. Dans de type EPR expériences, cette inégalité est obéi par des variables cachées locales, mais mai être violés par d'autres théories, y compris la théorie quantique.

Bell a atteint ce qu'on a appelé la philosophie expérimentale, résultats d'une grande importance philosophique mai être obtenus auprès de test. Les inégalités de Bell ont été testés sur une période de presque trente ans, avec la sophistication de plus en plus, le fait des essais expérimentaux utilisant des photons intriqués avec des polarisations, qui sont mathématiquement équivalentes à la empêtré tourne discuté ci-dessus. Bien que de nombreux scientifiques ont été impliqués, une sélection des plus importants comprendrait Clauser, Alain Aspect et Anton Zeilinger.

Si au moins une lacune reste à être fermé [août 2002], il semble pratiquement certain que les collectivités locales réalisme est violé, et que la théorie quantique puisse prédire les résultats de toutes les expériences.

Pour le reste de sa vie, Bell a continué à critiquer les théories habituelles de mesure dans la théorie quantique. Peu à peu il est devenu au moins un peu plus acceptable à la question Bohr et von Neumann, et l'étude du sens de la théorie quantique est devenue une activité respectable.

Bell lui-même est devenu un Fellow de la Royal Society dès 1972, mais il est beaucoup plus tard avant il a obtenu le prix qu'il méritait. Au cours des dernières années de sa vie, il a reçu la médaille Hughes de la Royal Society, la médaille Dirac de l'Institut de physique, et le prix Heineman de l'American Physical Society. Dans une quinzaine de Juillet 1988, il a reçu des doctorats honorifiques des deux Queen's et Trinity College de Dublin. Il a été nominé pour un prix Nobel, s'il avait vécu dix ans de plus il aurait certainement reçu.

Ce n'était pas l'être. John Bell est décédé subitement d'un accident vasculaire cérébral le 1 er Octobre 1990. Depuis cette date, le montant des intérêts dans son travail, et dans son application à la théorie de l'information quantique n'a cessé d'augmenter.

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