Джон Стюарт Белл: Жизнь и вклад в квантовую физику
John Stewart Bell
Джон Стюарт Белл: биография физика, вклад в квантовую механику и теорему Белла. Лауреат Нобелевской премии 2022 года, исследования в области физики частиц.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Северо-ирландский физик (1928–1990)
Northern Irish physicist (1928–1990)
В 2022 году Нобелевская премия по физике была присуждена Алену Аспекту, Джону Клаузеру и Антону Зелингеру за работы по неравенствам Белла и экспериментальному подтверждению теоремы Белла.
In 2022, the Nobel Prize in Physics was awarded to Alain Aspect, John Clauser, and Anton Zeilinger for work on Bell inequalities and the experimental validation of Bell's theorem.
Ранняя жизнь и работа
Белл родился в Белфасте, Северная Ирландия. В 11 лет он решил стать ученым, а в 16 окончил Белфастскую техническую школу. Затем Белл поступил в Королевский университет в Белфасте, где в 1948 году получил степень бакалавра по экспериментальной физике, а год спустя – по математической физике. Он получил докторскую степень по физике в Бирмингемском университете в 1956 году, специализируясь на ядерной физике и квантовой теории поля. В 1954 году он женился на Мэри Росс, также физике, с которой познакомился, работая над физикой ускорителей в Малверне, Великобритания. Белл стал вегетарианцем в подростковом возрасте. По словам его жены, Белл был атеистом. Карьера Белла началась в британском научно-исследовательском учреждении по атомной энергии, недалеко от Харвелла, Оксфордшир, известном как AERE или Harwell Laboratory. В 1960 году он перешел на работу в Европейскую организацию ядерных исследований (CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) в Женеве, Швейцария. Там он работал почти исключительно над теоретической физикой частиц и проектированием ускорителей, но находил время для важного увлечения – исследования основ квантовой теории. В 1987 году он был избран иностранным почетным членом Американской академии искусств и наук. Также значительным событием в его карьере стало то, что Белл вместе с Джоном Брэдбери Сайксом, М. Дж. Керсли и В. Х. Ридом перевели несколько томов десятитомного Курса теоретической физики Льва Ландау и Евгения Лифшица, сделав эти работы доступными для англоязычной аудитории в переводе, и все они до сих пор издаются. Белл был сторонником теории пилотных волн. В 1987 году, вдохновленный теорией Гирарди–Римини–Вебера, он также поддерживал теории коллапса. Он говорил об интерпретации квантовой механики: "Ну, понимаете, я действительно не знаю. Для меня это не то, что я могу предложить как готовое решение!"
Bell was born in Belfast, Northern Ireland. When he was 11 years old, he decided to be a scientist, and at 16 graduated from Belfast Technical High School. Bell then attended the Queen's University of Belfast, where, in 1948, he obtained a bachelor's degree in experimental physics and, a year later, a bachelor's degree in mathematical physics. He went on to complete a PhD in physics at the University of Birmingham in 1956, specialising in nuclear physics and quantum field theory. In 1954, he married Mary Ross, also a physicist, whom he had met while working on accelerator physics at Malvern, UK. Bell became a vegetarian in his teen years. According to his wife, Bell was an atheist. Bell's career began with the UK Atomic Energy Research Establishment, near Harwell, Oxfordshire, known as AERE or Harwell Laboratory. In 1960, he moved to work for the European Organization for Nuclear Research (CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire), in Geneva, Switzerland. There he worked almost exclusively on theoretical particle physics and on accelerator design, but found time to pursue a major avocation, investigating the foundations of quantum theory. He was elected a Foreign Honorary Member of the American Academy of Arts and Sciences in 1987. Also of significance during his career, Bell, together with John Bradbury Sykes, M. J. Kearsley, and W. H. Reid, translated several volumes of the ten volume Course of Theoretical Physics of Lev Landau and Evgeny Lifshitz, making these works available to an English speaking audience in translation, all of which remain in print. Bell was a proponent of pilot wave theory. In 1987, inspired by Ghirardi–Rimini–Weber theory, he also advocated collapse theories. He said about the interpretation of quantum mechanics: "Well, you see, I don't really know. For me it's not something where I have a solution to sell!"
Теорема Белла
В 1964 году, после годичного отпуска из ЦЕРНа, который он провел в Стэнфордском университете, Университете Висконсина–Мэдисон и Университете Брандейса, Белл написал статью под названием «О парадоксе Эйнштейна — Подольского — Розена». В этой работе он показал, что дальнейшее развитие анализа ЭПР позволяет вывести знаменитую теорему Белла. Полученное неравенство, выведенное из базовых предположений, применимых ко всем классическим ситуациям, нарушается квантовой теорией. Существуют разногласия относительно того, какие выводы можно сделать из неравенства Белла в сочетании с анализом ЭПР. Белл утверждал, что не только локальные скрытые переменные, но и любые локальные теоретические объяснения должны противоречить предсказаниям квантовой теории: «Известно, что на примере корреляций ЭПР Бома, включающем частицы со спином, проявляется необратимая нелокальность». Согласно альтернативной интерпретации, не все локальные теории в целом, а лишь теории локальных скрытых переменных (или «локально-реалистические» теории) оказались несовместимыми с предсказаниями квантовой теории.
In 1964, after a year's leave from CERN that he spent at Stanford University, the University of Wisconsin–Madison and Brandeis University, Bell wrote a paper entitled "On the Einstein–Podolsky–Rosen paradox". In this work, he showed that carrying forward EPR's analysis permits one to derive the famous Bell's theorem. The resultant inequality, derived from basic assumptions that apply to all classical situations, is violated by quantum theory. There is some disagreement regarding what Bell's inequality—in conjunction with the EPR analysis—can be said to imply. Bell held that not only local hidden variables, but any and all local theoretical explanations must conflict with the predictions of quantum theory: "It is known that with Bohm's example of EPR correlations, involving particles with spin, there is an irreducible nonlocality." According to an alternative interpretation, not all local theories in general, but only local hidden variables theories (or "local realist" theories) have shown to be incompatible with the predictions of quantum theory.
Наследие
В 2008 году премия Джона Стюарта Белла была учреждена Центром квантовой информации и квантического контроля при Университете Торонто. Премия вручается раз в два года за значительный вклад, впервые опубликованный в течение шести предшествующих лет. Награда отмечает важные достижения, касающиеся основ квантовой механики и применения этих принципов. В 2009 году первую премию вручил Ален Аспек Николасу Гисину за его теоретические и экспериментальные работы по основам и применению квантовой физики, в частности, в области квантовой нелокальности, квантовой криптографии и квантовой телепортации. На территории ЦЕРН в Мерине, недалеко от Женевы, есть улица под названием Route Bell в честь Джона Стюарта Белла. В 2016 году его коллега из ЦЕРН, Рейнхольд Бертльман, написал развернутую статью "Вселенная Белла: личные воспоминания", в которой подробно описал свое изумление, узнав о работе Белла, посвященной носкам Бертльмана, где Белл провел аналогию между парадоксом ЭПР и носками. В его честь назван день, приуроченный к дате публикации теоремы Белла – 4 ноября.
In 2008, the John Stewart Bell Prize was created by the Centre for Quantum Information and Quantum Control at the University of Toronto. The prize is awarded every other year for significant contributions first published during the six preceding years. The award recognizes major advances relating to the foundations of quantum mechanics and to the applications of these principles. In 2009, the first award was presented by Alain Aspect to Nicolas Gisin for his theoretical and experimental work on foundations and applications of quantum physics — notably quantum nonlocality, quantum cryptography, and quantum teleportation. At the CERN site in Meyrin, close to Geneva, there is a street called Route Bell in honour of John Stewart Bell. In 2016, his colleague from CERN, Reinhold Bertlmann, wrote a lengthy piece, "Bell's Universe: A Personal Recollection", explaining in some detail his amazement at finding out about Bell's paper on Bertlmann's socks, in which Bell compared the EPR paradox with socks. A day was named after him, referring to the date he released Bell's Theorem, 4 November.