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John Stewart Bell

Fecha del nacimiento:

Lugar del nacimiento:

Fecha de la muerte:

Lugar de la muerte:

28 July 1928

Belfast, Ireland

1 Oct 1990

Geneva, Switzerland

Presentación Wikipedia
ATENCIÓN - traducción automática de la versión inglesa

John Bell 's gran logro fue que durante el decenio de 1960 fue capaz de insuflar nueva y emocionante vida en los fundamentos de la teoría cuántica, un tema aparentemente agotado por el resultado de la Bohr - Einstein debate treinta años antes, e ignorado por prácticamente todos los que utilizan la teoría cuántica en el intervalo. Bell fue capaz de demostrar que la discusión de conceptos tales como «realismo», «determinismo» y «localización» podría ser afiladas en un riguroso matemáticos declaración, 'la desigualdad de Bell ", que es capaz de prueba experimental. Dichas pruebas, en constante aumento en el poder y precisión, se han llevado a cabo durante los últimos treinta años.

De hecho, casi en su totalidad debido a Bell esfuerzos pioneros, el tema de las fundaciones cuántica, experimental, así como teórico y conceptual, se ha convertido en un foco de gran interés para los científicos de muchos países, y nos ha enseñado mucho de fundamental importancia, no sólo sobre cuántica la teoría, sino sobre la naturaleza del universo físico.

Además, y esto podría apenas se han previsto incluso en fecha tan reciente como a mediados de 1990, varios años después de la muerte de Bell, muchos de los conceptos estudiados por Bell y los que desarrolló su labor han constituido la base de la nueva área temática de la información cuántica teoría, que incluye temas tales como la computación cuántica y criptografía cuántica. La atención a la teoría cuántica de la información ha aumentado enormemente en los últimos años, y el tema parece seguro que será una de las más importantes áreas de crecimiento de la ciencia en el siglo XXI.

John Stewart Bell Los padres de ambos habían vivido en el norte de Irlanda durante varias generaciones. Su padre era también llamado Juan, por lo que John Stewart siempre ha sido llamado Stewart dentro de la familia. Su madre, Annie, alentó a los niños a concentrarse en su educación, que, en su opinión, fue la clave para una satisfactoria y digna. Sin embargo, de sus cuatro hijos - John tenía una hermana mayor, Ruby, y dos hermanos más jóvenes, David y Robert - John sólo pudo permanecer en la escuela mucho más de catorce años. Su familia no fue así-off, y en este momento no existe la educación secundaria universal, y pasar de un fondo como el de las campanas a la universidad fue excepcionalmente inusual.

Bell él mismo estaba interesado en los libros, y especialmente interesados en la ciencia desde una edad temprana. Fue un gran éxito en su primera escuela, Ulsterville Avenida y la calle Fane, y, a la edad de once años, pasó con facilidad su examen para pasar a la enseñanza secundaria. Lamentablemente el costo de asistir a uno de Belfast el prestigioso escuelas gramática era prohibitivo, pero suficiente dinero se encontró a Bell para trasladarse a la técnica Belfast High School, donde un académico completo de estudios que le cualificada para acceso a la universidad fue, junto con estudios de formación profesional.

Bell luego pasó un año como un técnico en el Departamento de Física de la Queen's University de Belfast, donde los altos miembros del personal en el Departamento, el profesor Karl Emeleus y el Dr Robert Sloane, fueron excepcionalmente útil, Bell préstamo de libros y que le permite asistir al primer año conferencias. Bell fue capaz de entrar en el Departamento como estudiante en 1945. Su progreso fue un gran éxito, y se graduó con la primera clase con honores en Física Experimental en 1948. Él fue capaz de pasar un año más como estudiante, en ese año el logro de un segundo grado, una vez más con la primera clase con honores, esta vez en física matemática. En física matemática, su principal maestro fue el profesor Peter Paul Ewald, famosa como uno de los fundadores de cristalografía de rayos X; Ewald fue un refugiado de la Alemania nazi.

Bell ya estaba pensando profundamente acerca de la teoría cuántica, no sólo la manera de usarlo, pero su significado conceptual. En una entrevista con Jeremy Bernstein, habida cuenta hacia el final de su vida y citado en el libro de Bernstein, Bell afirmó haber sido perplejo por la habitual declaración de la incertidumbre Heisenberg o principio de indeterminación (p x, donde x y p son las incertidumbres o indeterminacies, en función en la posición filosófica, en la posición y el impulso respectivamente, y es el (reducido) Planck 's constante).

Parecía como si pudiera tener este tamaño y, a continuación, la posición está bien definida, o que el tamaño y, a continuación, el impulso está bien definido. No sonaba como si estuviera libre sólo para que sea lo que usted desea. No fue sino hasta que lentamente me di cuenta de que no es una cuestión de lo que usted desea. Es realmente una cuestión de qué aparato se ha producido esta situación. Pero para mí fue un poco de una lucha para llegar a eso. No fue muy claramente establecidas en los libros y los cursos que se ofrecían a mí. Yo recuerdo discutiendo con uno de mis profesores, un doctor Sloane, acerca de eso. Yo estaba muy acalorado y acusando a él, más o menos, de falta de honradez. Él se estaba muy acalorado demasiado y dijo: 'Usted es ir demasiado lejos ».

Al término de su estudios de pregrado Bell hubiera gustado trabajar en pro de un doctorado. Él también habría deseado para estudiar la base conceptual de la teoría cuántica más a fondo. Consideraciones económicas, sin embargo, significaba que tenía que olvidarse de la teoría cuántica, al menos por el momento, y conseguir un trabajo, y en 1949 se incorporó al Reino Unido de Energía Atómica de Harwell a Establecimiento, aunque pronto se trasladó a la acelerador de diseño del grupo en Malvern .

Es aquí donde conoció a su futura esposa, Mary Ross, que llegó con grados en matemáticas y la física de Escocia. Se casaron en 1954 y tuvo un largo y exitoso matrimonio. María fue para permanecer en el acelerador de diseño a través de su carrera, hacia el final de la vida de John regresó a problemas en el diseño del acelerador y que él y Mary escribió algunos documentos de forma conjunta. A través de su carrera ganó más de conversaciones con María, y cuando, en 1987, sus papeles en la teoría cuántica han sido recogidos, que incluyó las siguientes palabras:

Yo aquí muy especialmente renovar mi más sincero agradecimiento a María Bell. Cuando miro a través de estos documentos una vez más su veo en todas partes.

Acelerador diseño fue, por supuesto, un campo relativamente nuevo, Bell y la labor de Malvern consistió en la localización de los caminos de partículas cargadas a través de aceleradores. En estos días antes de los ordenadores, esto exige un riguroso conocimiento de electromagnetismo, y la visión y el juicio para hacer las necesarias simplificaciones matemáticas necesarias para hacer que el problema tractable en una calculadora mecánica, conservando al mismo tiempo las características esenciales de la física. Bell fue el trabajo de forma magistral.

En 1951 Bell fue ofrecido un año de excedencia para trabajar con Rudolf Peierls, el profesor de Física en la Universidad de Birmingham. Durante su estadía en Birmingham, Bell hizo trabajo de gran importancia, la producción de su versión de la célebre teorema CPT de la teoría cuántica de campos. Este teorema demuestra que, en virtud de la acción combinada de tres operadores en un evento físico: P, el operador de paridad, que realiza una reflexión; C, el operador encargado de conjugación, que sustituyó a las partículas de anti-partículas, y T, que realizó una inversión de tiempo , El resultado sería otro posible evento físico.
Lamentablemente Gerhard Lüders y Wolfgang Pauli demostró el teorema mismo un poco por delante de Bell, y recibieron todo el mérito.

Sin embargo, Bell añadió otro pedazo de trabajo y ha obtenido un doctorado en 1956. También obtuvo el muy valioso apoyo de Peierls, y cuando regresó de Birmingham fue a Harwell unirse a un nuevo grupo creado para el trabajo teórico sobre la física de partículas elementales. Él se mantuvo en Harwell hasta 1960, pero él y Mary se convirtió gradualmente en cuestión Harwell que se aleja del trabajo se aplica a más áreas de física, y ambos se trasladaron al CERN, el Centro Europeo para la Investigación Nuclear en Ginebra. Aquí pasó el resto de su carrera.

Bell ha publicado unos 80 documentos en el ámbito de la física de alta energía y la teoría cuántica de campos. Algunas eran bastante estrechamente relacionados con los programas de física experimental en el CERN, pero la mayoría fueron en general las áreas teóricas.

La labor más importante fue la de 1969 llevó a la Adler-Bell-Jackiw (ABJ) anomalía en teoría cuántica de campos. Como consecuencia de ello, de trabajo conjunto de Bell y Ronan Jackiw, que luego fue aclarado por Stephen Adler. Ellos demostraron que el nivel actual de álgebra modelo que figura una ambigüedad. Cuantización conducido a una ruptura de la simetría del modelo. Esta obra resuelve un problema pendiente en la física de partículas; teoría parecía predecir que la neutral pion no podía decaimiento en dos fotones, pero la descomposición experimental se llevó a cabo, tal y como se explica por la ABJ. Durante los subsiguientes treinta años, el estudio de este tipo de anomalías se convirtió en importante en muchas áreas de la física de partículas. Reinhold Bertlmann, que él mismo había hecho una importante labor con Bell, ha escrito un libro titulado Anomalías en la Teoría Cuántica de Campos, y los dos miembros supervivientes de ABJ, Adler y Jackiw comparte la Medalla Dirac 1988 del Centro Internacional de Física Teórica de Trieste por su trabajo .

Si bien la física de partículas y teoría cuántica de campos fue la labor Bell fue pagado por hacer, e hizo excelentes contribuciones, su gran amor fue para la teoría cuántica, y es por su trabajo aquí que él será recordado. Como hemos visto, le preocupa el significado fundamental de la teoría a partir del momento en él como un pregrado, y muchos de sus importantes argumentos tienen su base en ese momento.

Los problemas conceptuales pueden ser descritas mediante el spin-1 / 2. Podemos decir que cuando el estado y el vector es de + o -, respectivamente, s z es igual a / 2 y - / 2, respectivamente, pero, si se restringe a sí mismo a la ecuación de Schrödinger, s y s x y simplemente no tienen valores. Todo lo que uno puede decir es que si una medida de s x, por ejemplo, se lleva a cabo, las probabilidades de que el resultado obtenido está bien / 2 o - / 2 son a la vez 1 / 2.

Si, por otra parte, el estado inicial y el vector tiene la forma general de c + + c + - -, entonces todo lo que podemos decir es que en una medición de s z, la probabilidad de obtener el valor de / 2 | c "2 |, y que de obtener el valor de - / 2 | c - 2 |. Antes de cualquier medición, s z sólo no tiene un valor.

Estas declaraciones contradicen dos de nuestras nociones básicas. Estamos rechazando el realismo, que nos dice que una cantidad tiene un valor, para poner las cosas más grandiosamente - el mundo físico tiene una existencia independiente de las acciones de cualquier observador. Einstein fue particularmente preocupada por este abandono de realismo - insistió en la existencia de un observador sin reino. También estamos rechazando el determinismo, la creencia de que, si tenemos un conocimiento completo del estado del sistema, podemos predecir con exactitud cómo se comportarán. En este caso, sabemos el estado y el vector del sistema, pero no puede predecir el resultado de medir s z.

Es evidente que podríamos tratar de recuperar el realismo y el determinismo, si permitimos la opinión de que la ecuación de Schrödinger, y la función de onda o vector de estado, podría no contener toda la información que está disponible sobre el sistema. Puede haber otras cantidades dar información extra - variables ocultas. Como un simple ejemplo, el estado y el vector más arriba podrían aplicarse a un conjunto de muchos sistemas, sino que además oculta una variable para cada sistema podría decir cuál es el valor real de z s podría ser. El realismo y el determinismo que tanto se restablezca, s z tendría un valor en todo momento y, con pleno conocimiento del estado del sistema, incluido el valor de las variables ocultas, podemos predecir el resultado de la medición de s z.

Una teoría completa de variables ocultas en realidad debe ser más complicado que esto - hay que recordar que queremos para predecir los resultados de medición no sólo s z, pero también s y s x y, así como cualquier otro componente de s. Sin embargo es evidente que la posibilidad de complementar la ecuación de Schrödinger con variables ocultas que se han tomado en serio. De hecho, sin embargo, Niels Bohr y Werner Heisenberg estaban convencidos de que uno no debe tratar de realismo. Se les complace, por lo tanto, cuando John von Neumann demostró un teorema que pretenden mostrar con rigor que es imposible añadir variables ocultas en la estructura de la teoría cuántica. Este iba a ser muy aceptado en general por más de treinta años.

Bohr presentar su (tal vez bastante oscura) marco de la complementariedad, que trató de explicar por qué uno no debería esperar para medir s y s x y (x o y p) simultáneamente. Esta fue su interpretación de Copenhague de la teoría cuántica. Sin embargo, Einstein rechazó esta, y tenía por objeto restablecer el realismo. Físicos casi por unanimidad a favor de Bohr.

Einstein 's argumento más fuerte, aunque esto no suele ser muy evidente desde hace varias décadas reside en el famoso Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) argumento de 1935, construido por Einstein con la ayuda de sus dos jóvenes compañeros de trabajo, Boris Podolsky y Nathan Rosen. En este caso, como normalmente se hace, hablamos de una versión más sencilla del argumento, el pensamiento hasta algo más tarde de David Bohm.

Dos spin-1 / 2 partículas se consideran, sino que se forman a partir de la descomposición de una empresa spin-1 / 2 de partículas, y se mueven hacia el exterior de esta decadencia en direcciones opuestas. La combinación de estado y el vector puede ser escrito como (1 / √ 2) (1 - 2 + - 1 - 2 +), donde la s 1 y 2 s para las partículas 1 y 2 están relacionadas con la s más arriba. Este estado-vector tiene una extraña forma. Las dos partículas no aparecen en ella con independencia, sino cualquiera de los Estados de partícula 1 se correlaciona con un estado particular de partícula 2. El estado y el vector se dice que está enredado.

Ahora imagina medir s z 1. Si queremos obtener + / 2, sabemos que de inmediato una medición de s 2 z se ve obligada a ceder - / 2, y viceversa, aunque, al menos de acuerdo a Copenhague, antes de cualquier medición, ningún componente de cualquiera de spin tiene un particular valor.

El resultado de este argumento es que al menos uno de los tres estados debe ser verdad:

(1) Las partículas deben intercambiar información instantáneamente es decir, más rápido que la luz;
(2) Hay variables ocultas, por lo que los resultados de los experimentos son pre-ordenado, o
(3) La teoría cuántica no es exactamente cierto en estos experimentos bastante especial.

La primera posibilidad puede ser descrito como la renuncia al principio de localidad, según el cual las señales no se puede pasar de una partícula a otra más rápido que la velocidad de la luz. Esta sugerencia fue anatema para Einstein. Por lo tanto, concluyó que si la teoría cuántica era correcta, por lo que descartó una posibilidad (3), (2) debe ser verdad. En Einstein 's, la teoría cuántica no era completa, pero necesita ser complementada con variables ocultas.

Bell considera a sí mismo como un seguidor de Einstein. Él le dijo a Bernstein:

Sentí que Einstein 's superioridad intelectual sobre Bohr, en este caso, es enorme, un gran abismo entre el hombre que vieron claramente lo que se necesitaba, y la oscurantista.

Bell apoya, pues, el realismo en forma de variables ocultas. Él estaba encantado por la creación en 1952 por David Bohm de una versión de la teoría cuántica que incluía variables ocultas, aparentemente haciendo caso omiso de von Neumann 's resultado. Bell escribió:

En 1952 he visto hacer lo imposible.

En 1964, Bell hizo su propia grandes contribuciones a la teoría cuántica. En primer lugar construyó su propia cuenta variables ocultas de una medición de cualquier componente de spin. Esto tuvo la ventaja de ser mucho más sencillo que el trabajo de Bohm, y, por tanto, mucho más difícil sólo para pasar por alto. A continuación, fue mucho más allá de Bohm de demostrar con toda claridad exactamente lo que estaba mal con von Neumann 's argumento.

Von Neumann ha extendido ilegítimamente a su putativo variables ocultas resultado de las variables de la teoría cuántica que la expectativa de valor de A + B es igual a la suma de los valores de esperanza y de un B. (La expectativa de valor de una variable es la media de los posibles resultados experimentales ponderada por su probabilidad de ocurrencia.) Una vez que este error fue realizado, es evidente que las variables ocultas las teorías de la teoría cuántica era posible.

Sin embargo Bell demostró posteriormente algunas propiedades indeseables que las teorías ocultas variable debe tener. Lo que es más importante que debe ser no-local. Demostró esta ampliando el argumento de EPR, lo que permite mediciones en cada ala del aparato de cualquier componente de spin, no sólo s z. Él encontró que, aun cuando las variables ocultas se les permite, en algunos casos el resultado obtenido en un ala debe depender de que los componentes de spin se mide a los demás, lo que viola la localidad. La solución al problema EPR que Einstein hubiera gustado, rechazando (1), pero conservando (2), fue ilegítima. Incluso si se conserva (2), siempre y cuando mantenga una (3) también había un conservar (1).

Bell ha demostrado un rigor que no podría haber teorías realistas locales de la teoría cuántica. Henry Stapp llama este resultado:

el más profundo descubrimiento de la ciencia.

La otra propiedad de variables ocultas que Bell se ha demostrado que deben ser contextuales. Excepto en los casos más sencillos, el resultado que obtuvo en la medición de una variable debe depender de que otras cantidades se miden simultáneamente. Por lo tanto variables ocultas no puede ser pensado como diciendo ¿qué valor una cantidad «ha», lo único valor que obtendrá si queremos medir.

Volvamos a la cuestión localidad. Así se ha supuesto que la teoría cuántica es exactamente cierto, pero por supuesto esto puede ser conocido nunca. John Clauser, Richard Holt, Michael Horne y Abner Shimony Bell adaptado a la labor de dar una prueba experimental directa de los entes locales realismo. Así fue el famoso CHHS Bell-la desigualdad, a menudo llamado simplemente la desigualdad de Bell. En EPR-tipo de experimentos, esta desigualdad es obedecido por las variables ocultas, pero pueden ser violados por otras teorías, incluyendo la teoría cuántica.

Bell ha llegado a lo que se ha llamado la filosofía experimental y resultados de considerable importancia filosófica puede obtenerse de la prueba. Las desigualdades de Bell se han puesto a prueba durante casi treinta años con el aumento de la sofisticación, las pruebas experimentales que utilizan realmente los fotones entrelazados con polarisations, que son matemáticamente equivalentes a los enredados gira se ha mencionado anteriormente. Aunque muchos científicos han participado, una selección de los más importantes se incluyen Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger.

Aunque por lo menos un resquicio legal que aún queda por cerrado [en agosto de 2002], parece prácticamente seguro de que el realismo local es violado, y que la teoría cuántica puede predecir los resultados de todos los experimentos.

Para el resto de su vida, Bell siguió a criticar a la habitual teoría de la medición en la teoría cuántica. Poco a poco se convirtió en al menos un poco más aceptable a la pregunta Bohr y von Neumann, y el estudio del significado de la teoría cuántica se ha convertido en una actividad respetable.

Bell él mismo se convirtió en un miembro de la Royal Society tan pronto como 1972, pero fue mucho más tarde antes de que él obtuvo los premios que merece. En los últimos años de su vida fue galardonado con la medalla Hughes de la Royal Society, la Medalla Dirac del Instituto de Física, y el Premio Heineman de la Sociedad Física Americana. Dentro de una quincena en julio de 1988 recibió títulos honorarios de los dos Queen's y el Trinity College de Dublín. Fue nominado para un Premio Nobel, si hubiera vivido diez años más que sin duda han recibido.

No se trataba de ser. John Bell murió repentinamente de un derrame cerebral el 1 de octubre de 1990. Desde esa fecha, el importe de los intereses en su trabajo, y en su aplicación a la teoría cuántica de la información ha aumentado en forma sostenida.

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