John Stewart-Glocke - John Stewart Bell

John Stewart Bell
JohnStewartBell.jpg
John Stewart Bell, CERN , 1973
Geboren
John Stewart Bell

28. Juli 1928
Ist gestorben 1. Oktober 1990 (62 Jahre)
Alma Mater Queen's University of Belfast ( B.Sc. )
University of Birmingham ( Ph.D. )
Bekannt für Bell-Theorem
Bell-Zustand
Bell-Raumschiffparadoxon
Bell-Kochen-Specker-Theorem
Adler-Bell-Jackiw-Anomalie
Chirale Anomalie
CPT-Symmetrie
Superdeterminismus
Quantenverschränkung
Auszeichnungen Heineman-Preis (1989)
Hughes-Medaille (1989)
Paul Dirac-Medaille und -Preis (1988)
Wissenschaftlicher Werdegang
Institutionen Atomenergieforschungseinrichtung
CERN , Stanford University
These ich. Zeitumkehr in der Feldtheorie, ii. Einige funktionale Methoden in der Feldtheorie.  (1956)
Doktoratsberater Rudolph E. Peierls
Andere Studienberater Paul Taunton Matthews

John Stewart Bell FRS (28. Juli 1928 – 1. Oktober 1990) war ein Physiker aus Nordirland und der Begründer des Bell-Theorems , eines wichtigen Theorems in der Quantenphysik über versteckte Variablentheorien .

Biografie

Frühes Leben und Werk

John Bell wurde in Belfast , Nordirland, geboren . Als er 11 Jahre alt war, beschloss er, Wissenschaftler zu werden, und mit 16 machte er seinen Abschluss an der Belfast Technical High School. Anschließend besuchte Bell die Queen's University of Belfast , wo er 1948 einen Bachelor in Experimentalphysik und ein Jahr später einen Bachelor in mathematischer Physik erwarb. Er fuhr fort, einen Ph.D. in Physik an der University of Birmingham im Jahr 1956 mit Spezialisierung auf Kernphysik und Quantenfeldtheorie . 1954 heiratete er Mary Ross, ebenfalls eine Physikerin, die er während seiner Arbeit an Beschleunigerphysik in Malvern, Großbritannien , kennengelernt hatte . Bell wurde in seinen Teenagerjahren Vegetarier. Laut seiner Frau war Bell Atheist .

Bells Karriere begann bei der britischen Atomenergieforschungseinrichtung in der Nähe von Harwell, Oxfordshire , bekannt als AERE oder Harwell Laboratory . 1960 wechselte er zur Europäischen Organisation für Kernforschung ( CERN , Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire ) in Genf , Schweiz . Dort arbeitete er fast ausschließlich an theoretischer Teilchenphysik und am Beschleunigerdesign, fand aber Zeit, einem großen Beruf nachzugehen und die Grundlagen der Quantentheorie zu erforschen . 1987 wurde er zum ausländischen Ehrenmitglied der American Academy of Arts and Sciences gewählt. Auch von Bedeutung während seiner Karriere übersetzte Bell zusammen mit John Bradbury Sykes, MJ Kearsley und WH Reid mehrere Bände des zehnbändigen Course of Theoretical Physics of Lev Landau und Evgeny Lifshitz , die diese Werke einem englischsprachigen Publikum in Übersetzung zur Verfügung stellen, die alle im Druck bleiben.

Bell war ein Befürworter der Pilotwellentheorie . Inspiriert von der Ghirardi-Rimini-Weber-Theorie vertrat er 1987 auch Kollapstheorien. Über die Interpretation der Quantenmechanik sagte er: "Nun, sehen Sie, ich weiß es nicht genau. Für mich ist es nichts, wo ich eine Lösung verkaufen kann!"

Theorem von Bell Bell

1964, nach einem einjährigen Urlaub am CERN , den er an der Stanford University , der University of Wisconsin-Madison und der Brandeis University verbrachte , schrieb er eine Arbeit mit dem Titel "On the Einstein-Podolsky-Rosen Paradox ". In dieser Arbeit zeigte er, dass die Weiterführung der EPR-Analyse es erlaubt, das berühmte Bell-Theorem abzuleiten . Die resultierende Ungleichung, abgeleitet von bestimmten Annahmen, wird von der Quantentheorie verletzt.

Es gibt einige Meinungsverschiedenheiten darüber, was die Bellsche Ungleichung – in Verbindung mit der EPR- Analyse – bedeuten kann. Bell vertrat die Ansicht, dass nicht nur lokale versteckte Variablen , sondern alle lokalen theoretischen Erklärungen mit den Vorhersagen der Quantentheorie in Konflikt stehen müssen: "Es ist bekannt, dass bei Bohms Beispiel von EPR-Korrelationen, bei denen Teilchen mit Spin beteiligt sind, es eine irreduzible Nichtlokalität gibt ." Nach einer alternativen Interpretation haben sich nicht alle lokalen Theorien im Allgemeinen, sondern nur lokale Theorien versteckter Variablen (oder „ lokale realistische “ Theorien) als unvereinbar mit den Vorhersagen der Quantentheorie erwiesen.

Kritik an von Neumanns Beweis

Bells Interesse an versteckten Variablen wurde durch die Existenz einer "beweglichen Grenze" zwischen dem Quantensystem und dem klassischen Apparat im Formalismus der Quantenmechanik motiviert:

Eine Möglichkeit ist, dass wir genau herausfinden, wo die Grenze liegt. Plausibler für mich ist, dass wir feststellen werden, dass es keine Grenze gibt. ... Die Wellenfunktionen würden sich als vorläufige oder unvollständige Beschreibung des quantenmechanischen Teils erweisen, über den eine objektive Darstellung möglich wäre. Es ist diese Möglichkeit einer homogenen Darstellung der Welt, die für mich die Hauptmotivation für das Studium der sogenannten „versteckten Variablen“-Möglichkeit ist.

Glocke war beeindruckt , dass bei der Formulierung von David Bohm ‚s nonlocal Verborgene Variablen , keine solche Begrenzung ist notwendig, und es war dies das sein Interesse auf dem Gebiet der Forschung ausgelöst. Bell kritisierte auch den Standardformalismus der Quantenmechanik wegen mangelnder physikalischer Präzision:

Denn die mir bekannten guten Bücher haben nicht viel mit physikalischer Präzision zu tun. Das geht schon aus ihrem Wortschatz hervor. Hier sind einige Wörter, die in der Anwendung zwar legitim und notwendig sind, aber keinen Platz in einer Formulierung mit Anspruch auf physikalische Genauigkeit haben: System , Apparat , Umwelt , mikroskopisch , makroskopische , reversibel , irreversibel , beobachtbar , Information , Messung . . ... Auf dieser Liste von schlechten Wörtern aus guten Büchern ist das Schlimmste "Messung".

Aber wenn er die Durchführbarkeit von Bohms Theorie gründlich untersuchen wollte, musste Bell die Herausforderung der sogenannten Unmöglichkeitsbeweise gegen versteckte Variablen beantworten. Bell ging diese in einem Papier mit dem Titel "On the Problem of Hidden Variables in Quantum Mechanics" an. (Bell hatte dieses Papier tatsächlich vor seiner Arbeit über das EPR-Paradoxon geschrieben, aber es erschien erst zwei Jahre später, 1966, aufgrund von Verzögerungen bei der Veröffentlichung.) Hier zeigte er, dass John von Neumanns Argument nicht die Unmöglichkeit der versteckte Variablen, wie weithin behauptet wurde, weil sie sich auf eine physikalische Annahme stützt, die für die Quantenmechanik nicht gültig ist – nämlich dass der wahrscheinlichkeitsgewichtete Durchschnitt der Summe der beobachtbaren Größen gleich der Summe der Durchschnittswerte der einzelnen beobachtbare Mengen. Bell behauptete anschließend: "Der Beweis von Neumann ist nicht nur falsch, sondern töricht !". In derselben Arbeit zeigte Bell, dass ein stärkerer Versuch eines solchen Beweises (basierend auf dem Satz von Gleason ) auch das Programm mit versteckten Variablen nicht eliminieren kann. Der vermeintliche Fehler in von Neumanns Beweis war bereits 1935 von Grete Hermann entdeckt worden , wurde aber erst nach seiner Wiederentdeckung durch Bell allgemein bekannt.

Im Jahr 2010 veröffentlichte Jeffrey Bub jedoch ein Argument, dass Bell (und implizit Hermann) den Beweis von Neumann falsch ausgelegt hatten, und behauptete, dass er nicht versuche, die absolute Unmöglichkeit versteckter Variablen zu beweisen, und tatsächlich nicht fehlerhaft sei. (Daher war es die Physik-Gemeinschaft als Ganzes, die von Neumanns Beweis als universell anwendbar fehlinterpretiert hatte.) Bub liefert Beweise dafür, dass von Neumann die Grenzen seines Beweises verstand, aber es gibt keine Aufzeichnungen über von Neumanns Versuch, die nahezu universelle Fehlinterpretation zu korrigieren die über 30 Jahre andauerte und teilweise bis heute existiert. Von Neumanns Beweis gilt tatsächlich nicht für kontextuelle versteckte Variablen, wie in Bohms Theorie.

Schlussfolgerungen aus experimentellen Tests

1972 wurde ein Experiment durchgeführt, das bei Extrapolation auf ideale Detektoreffizienzen eine Verletzung der Bellschen Ungleichung zeigte. Es war das erste von vielen solchen Experimenten. Bell selbst folgerte aus diesen Experimenten: "Es scheint jetzt, dass die Nicht-Lokalität tief in der Quantenmechanik selbst verwurzelt ist und bei jeder Vervollständigung bestehen bleibt." Dies implizierte laut Bell auch, dass die Quantentheorie nicht lokal kausal ist und in keine lokal kausale Theorie eingebettet werden kann. Bell bedauerte, dass die Ergebnisse der Tests nicht mit dem Konzept der lokalen versteckten Variablen übereinstimmten:

Für mich ist es so vernünftig anzunehmen, dass die Photonen in diesen Experimenten Programme mit sich führen, die im Voraus korreliert wurden und ihnen sagen, wie sie sich verhalten sollen. Das ist so rational, dass ich denke, als Einstein das sah und die anderen sich weigerten, es zu sehen, war er der rationale Mensch. Die anderen Leute steckten, obwohl die Geschichte sie rechtfertigt, den Kopf in den Sand. ... Also für mich ist es schade, dass Einsteins Idee nicht funktioniert. Das Vernünftige funktioniert einfach nicht."

Bell schien sich mit der Vorstellung abgefunden zu haben, dass zukünftige Experimente weiterhin mit der Quantenmechanik übereinstimmen und seine Ungleichung verletzen würden. In Bezug auf die Bell-Testexperimente bemerkte er:

Es fällt mir schwer zu glauben, dass die Quantenmechanik, die für derzeit praktikable Aufbauten sehr gut funktioniert, dennoch mit Verbesserungen der Gegeneffizienz arg scheitern wird ..."

Einige Leute glauben weiterhin, dass die Übereinstimmung mit Bells Ungleichheiten noch gerettet werden könnte. Sie argumentieren, dass in Zukunft viel genauere Experimente aufdecken könnten, dass eine der bekannten Schlupflöcher , beispielsweise die sogenannte "Fair-Sampling-Lücke", die Interpretationen verzerrt habe. Die meisten Mainstream-Physiker stehen all diesen "Schlupflöchern" sehr skeptisch gegenüber, geben ihre Existenz zu, glauben aber weiterhin, dass Bells Ungleichungen scheitern müssen.

Bell blieb an der objektiven 'beobachterfreien' Quantenmechanik interessiert. Er meinte, dass sich physikalische Theorien auf der grundlegendsten Ebene nicht mit Observablen, sondern mit ‚Beables‘ befassen sollten: „Die Fähigkeiten der Theorie sind die Elemente, die Elementen der Realität entsprechen könnten, den Dingen, die existieren Existenz hängt nicht von 'Beobachtung' ab." Er blieb beeindruckt von Bohms versteckten Variablen als Beispiel für ein solches Schema und griff die subjektiveren Alternativen wie die Kopenhagener Interpretation an .

Spezielle Relativitätstheorie lehren

Bell und seine Frau Mary Ross Bell, ebenfalls Physikerin, trugen wesentlich zur Physik der Teilchenbeschleuniger bei, und mit zahlreichen jungen Theoretikern am CERN entwickelte Bell die Teilchenphysik selbst. Einen Überblick über dieses Werk bietet der Sammelband herausgegeben von Mary Bell, Kurt Gottfried und Martinus Veltman. Abgesehen von seiner Teilchenphysik-Forschung hat Bell oft ein Thema des Verständnisses der speziellen Relativitätstheorie angesprochen, und obwohl es nur einen schriftlichen Bericht zu diesem Thema gibt ("Wie man spezielle Relativitätstheorie lehrt"), war dies ein kritisches Thema für ihn. Bell bewunderte Einsteins Beitrag zur speziellen Relativitätstheorie, warnte jedoch 1985: "Einsteins Ansatz ist meiner Meinung nach ... pädagogisch gefährlich". 1989 schreibt Bell anlässlich des hundertjährigen Jubiläums der Lorentz-FitzGerald-Körperkontraktion : "Über die FitzGerald-Kontraktion wurde viel Unsinn geschrieben". Bell betrachtete die Lorentz-FitzGerald-Kontraktion lieber als ein reales und beobachtbares Phänomen als Eigenschaft eines materiellen Körpers, was auch Einsteins Meinung war, aber nach Bells Ansicht lässt Einsteins Ansatz viel Raum für Fehlinterpretationen. Diese Situation und die Hintergründe von Bells Position werden von seinem Mitarbeiter Johann Rafelski im Lehrbuch „Relativity Matters“ (2017) ausführlich beschrieben . Um Missverständnisse rund um die Lorentz-FitzGerald-Körperkontraktion zu bekämpfen, führte Bell ein relativistisches Gedankenexperiment ein und förderte es, das weithin als Bells Raumschiffparadox bekannt wurde .

Tod

Bell starb 1990 in Genf unerwartet an einer Gehirnblutung . Es wird allgemein behauptet, dass er in diesem Jahr, ohne Bell zu wissen, für den Nobelpreis nominiert worden war. Sein Beitrag zu den von EPR aufgeworfenen Fragen war bedeutend. Einige betrachten ihn als Beweis für das Scheitern des lokalen Realismus (lokale versteckte Variablen). Bells eigene Interpretation ist, dass die Lokalität selbst ihren Untergang erlebte.

Erbe

  • Am CERN- Standort in Meyrin bei Genf gibt es zu Ehren von John Stewart Bell eine Straße namens Route Bell.
  • Im Jahr 2016 schrieb sein Kollege vom CERN, Reinhold Bertlmann , einen langen Artikel mit dem Titel "Bell's Universe: A Personal Recollection", in dem er ausführlich sein Erstaunen über Bells Aufsatz über Bertlmanns Socken erklärte, in dem Bell das EPR-Paradoxon mit Socken verglich .
  • Ein Tag wurde nach ihm benannt, der sich auf das Datum bezieht, an dem er Bells Theorem, den 4. November, veröffentlichte.

Nordirland

  • In seiner Geburtsstadt Belfast trägt seit 2015 eine Straße den Namen Bell’s Theorem Crescent.
  • Das nach ihm benannte John Bell House wurde 2016 fertiggestellt und beherbergt über 400 Studenten im Stadtzentrum von Belfast.
  • Der Fußgängereingang zum Olympia-Freizeitzentrum in Belfast, 200 Meter von Bells Elternhaus entfernt, wird zu Ehren des Einheimischen "John Stewart Bell Entrance" genannt.
  • In der Queen's University of Belfast ist einer der Physik-Hörsäle zu Ehren von John Stewart Bell benannt.
  • Auf dem Hauptcampus der Universität von Queen befindet sich eine blaue Gedenktafel zum Gedenken an John Stewart Bell
  • Es gibt eine blaue Gedenktafel, die an John Stewart Bell in seinem Elternhaus in der Tates Avenue in Belfast erinnert
  • Im Jahr 2017 gab das Institute of Physics den Auftrag , das Quartet No 4 (Entangled) des klassischen Komponisten Matthew Whiteside beim NI Science Festival 2018 zu spielen, inspiriert von Bells Werk; das Stück wurde zum Titeltrack von Whitesides zweitem Album und war die Inspiration für einen Kurzfilm von Marisa Zanotti.

Bücher

  • Bell, John Stewart (2004). Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics (2. Aufl.). Cambridge: Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-52338-7.Ausgabe 2004 mit Einführung von Alain Aspect und zwei weiteren Aufsätzen: ISBN  0-521-52338-9 .

Siehe auch

Andere Arbeiten von Bell:

Verweise

Externe Links