Белл, Джон Стюарт

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Джон Стюарт Белл
англ. John Stewart Bell
John bell 2.png
Дата рождения 28 июня 1928(1928-06-28)
Место рождения Белфаст, Северная Ирландия
Дата смерти 1 октября 1990(1990-10-01) (62 года)
Место смерти Женева, Швейцария
Страна Ирландия
Научная сфера теоретическая физика
Место работы Британский департамент исследований атомной энергии (англ.)
CERN
Альма-матер Университет Квинс (Белфаст)
Учёная степень доктор философии по физике[d] (1956), honoris causa (1988) и honoris causa (1988)
Научный руководитель Пайерлс, Рудольф Эрнст
Известен как Неравенства Белла
Награды и премии Член Лондонского королевского общества (1972)
Почётный член Американской академии искусств и наук (1987)[1]
Медаль Дирака от Института физики (1988)
Медаль Хьюза (1989)
Премия Хайнемана (1989)
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе
В Википедии есть статьи о других людях с фамилией Белл.

Джон Стюарт Белл (англ. John Stewart Bell; 28 июня 1928, Белфаст, Северная Ирландия — 1 октября 1990, Женева, Швейцария) — физик-теоретик. Сформулировал и доказал неравенства Белла (теорему Белла), чем заложил теоретическую основу для экспериментальных исследований ЭПР-парадокса. Совместно с Романом Яцкивом (англ.) описал и проанализировал хиральную аномалию (англ.) барионов[2].

Биография[править | править код]

Профессор Уитакер[''i'' 1] из Университета Квинс несколько лет изучал биографию и научную деятельность именитого выпускника этого университета. Дальнейшее изложение опирается на биографическую статью, написанную им в 2002 году и доступную в Интернете[3]. В указанной статье приводится список источников (свыше 20), использованных самим Уитакером. Эти данные дополняются памятным очерком, написанным Якивом (англ.) и Шимони (англ.) в 2001[4].

Детство[править | править код]

Белфаст, Royal Avenue, 1920-е гг.

Джон Стюарт Белл родился 28 июня 1928 года в Белфасте, Северная Ирландия, в бедной ирландской семье. Так как имя отца тоже было Джон, родные его всегда называли по второму имени Стюарт. Кроме Джона Стюарта, у отца Джона и матери Энни[''i'' 2] было ещё трое детей: старшая дочь Руби и младшие сыновья Дэвид и Роберт.

Мать мечтала дать детям хорошее образование, потому что, по её мнению, только учёный человек мог пробиться к лучшей жизни и, как она говорила, «носить воскресный костюм всю неделю»[5]. Джон Стюарт был среди лучших учеников в начальной школе. «Может быть, я был и не лучший, но из трёх-четырёх сверху в классе»[5]. Он начал обучение в школе на Ольстервиль Авеню (англ. Ulsterville Avenue School), потом перешёл в школу на Фэйн Стрит (англ. Fane Street School). В 11 лет вместо 14 он сдал все экзамены для продолжения среднего образования.

Images.png Внешние изображения
Бомбардировки Белфаста в 1941
(Архив «Belfast Telegraph»)
Image-silk.png Подборка фотографий

Однако 1920—1930 годы были временем наибольшей безработицы в Белфасте, его судостроительные и ремонтные верфи стояли практически пустыми, что вело к общему упадку экономики в городе[6]. Из-за недостатка средств было решено, что только Джон Стюарт, как очевидно самый одарённый из детей, продолжит обучение после начальной школы. В то время полное школьное образование не являлось обязательным, и бесплатной была только начальная школа.

Цена обучения в престижных средних школах Белфаста даже для одного ребёнка оказалась семье не по карману, поэтому Джон Стюарт поступил в Техническую среднюю школу Белфаста (англ. Belfast Technical High School, в то время примерный эквивалент техникума). Эта школа, тем не менее, имела академическую аккредитацию, то есть с её дипломом можно было сдавать экзамены в университет.

Когда Джон Стюарт начал занятия в средней школе, Великобритания уже вступила во Вторую мировую войну. Война оживила экономику Белфаста, который стал крупной строительной и ремонтной верфью военно-морского флота. Однако это же сделало город целью регулярных немецких бомбардировок. Особенно разрушительным стал ночной «пасхальный» налёт 15 апреля 1941 года (англ.). Тогда около 200 бомбардировщиков люфтваффе сбросили на город и верфи тонны обычных и зажигательных бомб. Погибло 955 человек, 1500 ранено, половина города, включая большинство индустриальных объектов, была разрушена. К счастью, беда обошла стороной семью Белл. Никто не пострадал, уцелел их дом и школа, в которой вскоре продолжились занятия.

Юность[править | править код]

После успешного окончания технической школы в 1944 году 16-летний Белл год проработал лаборантом на физическом факультете Университета Квинс. Преподаватели факультета профессор Карл Эмелеус[''i'' 3] и доктор Роберт Слоан[''i'' 4] сочувствовали одарённому юноше. Они не только разрешили ему пользоваться факультетской библиотекой, но и позволили слушать общие лекции первого курса.

Наконец, в 1945 году средства на обучение были собраны, и Джон Стюарт Белл стал студентом физического факультета Университета Квинс. Он блестяще учился и в 1948 с отличием окончил факультет со специализацией в экспериментальной физике. Тогда же родился его интерес к квантовой механике — не к её практическому применению, а к глубинному смыслу её положений. В интервью Джереми Бернштейну (нем.), данному незадолго до своей внезапной смерти, Белл вспоминает, как был «ошеломлён» принципом неопределённости Гейзенберга:

Это выглядело так, как будто вы можете взять такой-то замер — и тогда положение определено, или такой-то замер — и тогда импульс определён. Звучало так, будто вы можете делать это таким, каким пожелаете. Только спустя некоторое время я понял, что это вопрос не желания, а аппаратуры. Мне пришлось продираться к этому. В доступных книгах и лекциях это объяснялось недостаточно чётко. Я, помню, спорил об этом с одним из моих преподавателей, доктором Слоаном. Я горячился и практически обвинял его в нечестности. Он тоже сильно разгорячился и сказал: «Ты заходишь слишком далеко».

Средства позволяли Беллу учиться ещё один год, и он, снова с отличием, получил диплом по математической физике. На этом курсе его руководителем был бежавший от нацистского режима немецкий учёный Поль Эвальд (англ.), основоположник рентгеноструктурного анализа.

Начало карьеры[править | править код]

Забор с предупреждающей надписью. Центр атомных исследований в Харвеле.

Белл предпочёл бы сразу начать работу над докторской диссертацией и вплотную заняться теорией квантовой механики. Финансовые соображения, однако, заставили его заняться практикой, и он поступил на работу в Британский департамент исследований атомной энергии (англ.) в Харвеле (англ.), откуда вскоре был переведён в группу разработки ускорителя в Малверне (англ.). Там он встретил свою будущую жену Мэри Росс, физика и математика из Шотландии. Они стали мужем и женой четыре года спустя, в 1954 году. Их брак оказался прочным, но бездетным. Будучи специалистами в смежных областях, они помогали друг другу и в жизни, и в работе. В предисловии к своей книге «Выразимое и невыразимое в квантовой механике»[''i'' 5], вышедшей в 1987 году, Белл написал[7]: «Здесь же я ещё раз хочу особенно выразить свою тёплую благодарность Мэри Белл. Когда я просматриваю эти бумаги, я везде вижу её».

В 1951 Белл получил годичный отпуск для продолжения образования. Он провёл его в Бирмингемском университете под руководством профессора Пайерлса. Там он сформулировал свой вариант теоремы о CPT-инвариантности. Однако немного ранее подобные теоремы уже были независимо предложены Людерсом и Паули, которым и достался статус первооткрывателей.

Тем не менее, отпуск был продлён на время, необходимое для подготовки и защиты диссертации. В 1956 году Белл защитил диссертацию по анализу CPT-инвариантности и получил звание кандидата наук. Ценной оказалась приобретённая за эти годы поддержка Пайерлса, который помог Беллу по возвращении в Харвел перевестись в новую исследовательскую группу по теории элементарных частиц.

Белл и его жена работали в Харвеле до 1960 года, но им все меньше нравился неуклонный переход всей деятельности проекта от фундаментальных исследований к прикладным вопросам ядерной физики. Поэтому оба, не колеблясь, приняли поступившее предложение от CERN и переехали в Швейцарию.

Швейцария, CERN[править | править код]

Центральные корпуса CERN около Женевы на границе Швейцарии и Франции. Вид с воздуха по направлению к горам Юра.

В CERN официальной специализацией Белла были физика частиц и квантовая теория поля, но его истинным увлечением оставалась теория квантовой механики, и именно достижения в этой области принесли ему основную славу. Вдохновлённый идеями Бома[8] (см. Интерпретация Бома), Белл продолжил анализ ЭПР-парадокса и в 1964 сформулировал свои неравенства[9]. Исходная формулировка Белла была идеализированной концепцией, на основе которой были построены варианты неравенств для физических экспериментов. Это, в первую очередь, неравенства Белла — Клаузера — Хорна и Клаузера — Хорна — Шимони — Холта (англ.)[10].

Описывая ситуацию, сложившуюся к середине 1960-х вокруг ЭПР-парадокса в частности и теории квантовой физики в целом, Белл иронично называет её подходом «Зачем переживать?» (англ. Why worry?)[11]:

Могут сказать, что, пытаясь заглянуть за формальные предсказания квантовой теории, мы только самим себе создаём неприятности. Бесполезно заглядывать за наблюдаемые феномены: не этот ли именно урок следовало выучить, прежде чем стало возможным создание квантовой механики? Более этого, этот конкретный пример[''i'' 6] ещё раз учит нас, что всё устройство эксперимента должно рассматриваться как единое целое. Мы не должны пытаться проанализировать его по отдельным частям, с раздельно разнесёнными порциями неопределённости. Сопротивляясь импульсу анализировать и локализовать, мы избежим мысленного дискомфорта.
Это, как я его понимаю, тот ортодоксальный взгляд, который сформулирован Бором в его ответе[''i'' 7] Эйнштейну, Подольскому и Розену. Многие весьма удовлетворены им.

Белл не был одинок в своих сомнениях по поводу Копенгагенской интерпретации, но он был первым, кто осмелился нарушить табу на анализ физической картины мира, предлагаемой этой интерпретацией, и на дальнейший анализ ЭПР-парадокса. Джон Клаузер, первым осуществивший экспериментальную проверку неравенств Белла, позднее вспоминал, что, задавая вопросы об ЭПР-парадоксе в 1950-х, он, скорее всего, сделал бы себя безработным. Вопросы об основах квантовой механики в то время, по его словам, были признаком дурного тона[12].

В 1982 году Белл высказал свою позицию ещё определённее[13]:

Почему же Борн не сказал мне тогда об этой «волне-пилоте»? Хотя бы только для того, чтобы указать на её ошибочность. Почему фон Нейман не рассматривал её? Ещё более необычайно, зачем после 1952[''i'' 8] и, из недавнего, даже в 1978[''i'' 9] люди занимаются доказательствами «невозможности»? … Почему волна-пилот игнорируется в учебниках? Не следовало бы ли её преподавать — не как единственный выход, но как антидот против царящего самодовольства? Чтобы показать нам, что туманность, субъективность и индетерминизм навязаны не экспериментальными фактами, а осознанным теоретическим выбором.

Признание и внезапная смерть[править | править код]

Памятная табличка на здании Университета Квинс (Белфаст): «Джон Стюарт Белл, FRS[''i'' 10] (1928—1990), физик и философ, изучал здесь физику в 1945—1949 гг.»

Белл был принят в члены Лондонского королевского общества ещё в 1972 году, но истинное признание и награды пришли к нему только в конце 80-х. В 1987 его выбирают почётным членом Американской академии искусств и наук. За этим следуют медаль и премия Дирака от Института физики (1988), Медаль Хьюза (1989), Премия Хайнемана (1989). Наконец, Белл был номинирован на Нобелевскую премию по физике[когда?], но заявка была отозвана в связи со смертью номинанта. По правилам Нобелевского комитета премия вручается только живым.

Джон Стюарт Белл скоропостижно скончался от инсульта в госпитале Женевы 1 октября 1990 года, в возрасте 62 лет. Он был похоронен на родине в Белфасте[''i'' 11].

В 2009 году Центр квантовой информации и квантового контроля (англ. Centre for Quantum Information & Quantum Control) Университета Торонто учредил премию Джона Стюарта Белла[en].

Внешние медиаматериалы[править | править код]

Images.png Внешние медиафайлы
Джон Стюарт Белл (1928—1990)
Изображения
Image-silk.png Джон Белл в молодости © CERN
Image-silk.png Джон Белл (второй от лектора ряд) — слушатель на семинаре в CERN, 1977 год © CERN
Image-silk.png Джон Белл комментирует свои неравенства, 1982 год © CERN
Image-silk.png Джон Стюарт Белл: фотопортрет © CERN
Image-silk.png Джон Стюарт Белл в CERN, в зале Большого электрон-позитронного коллайдера, 1989 © Corbin O'Grady Studio & Science Photo Library Ltd.
Видеофайлы
Silk-film.png Выступление Белла на конференции „Индетерминизм и нелокальность“, CERN, 1990 © CERN

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

Комментарии[править | править код]

  1. Prof. Andrew Whitaker (англ.). Дата обращения: 28 октября 2011. Архивировано 18 февраля 2012 года.
  2. Elizabeth Mary Ann Bell, девичья фамилия Brownlee. Второе имя Джона Stewart было дано ему в память о шотландских корнях со стороны матери.
  3. Karl George Emeleus, преподавал в университете физику в 1933—1966. В 1984 друзьями и бывшими студентами профессора была учреждена ежегодная университетская медаль и премия его имени Архивировано 1 марта 2013 года.
  4. Robert Sloane
  5. англ. «Speakable and unspeakable in quantum mechanics» В русском переводе теряется игра на многозначности слова, так как альтернативным переводом могло бы быть «О чём можно и нельзя говорить в квантовой физике»
  6. Имеется в виду ЭПР-парадокс
  7. Bohr N. Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete? // Physical Review : журнал. — 1935. — Т. 48.
  8. Имеется в виду публикация Бомом его альтернативной интерпретации квантовой механики:
    Bohm D. A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of „Hidden“ Variables. I // Physical Review Letters : журнал. — 1952. — Т. 85, вып. 2. — doi:10.1103/PhysRev.85.166.
    Bohm D. A Suggested Interpretation of the Quantum Theory in Terms of „Hidden“ Variables. II // Physical Review Letters : журнал. — 1952. — Т. 85, вып. 2. — doi:10.1103/PhysRev.85.180.
  9. Вероятно, имеется в виду выход книги Abraham R., Marsden J. Foundations of mechanics. — 2-е изд. — 1978. — ISBN 9780821844380.
  10. Fellow of the Royal Society — член Лондонского королевского общества
  11. Это может объяснить распространённую ошибку с местом смерти, которым указывается Белфаст.

Ссылки на источники[править | править код]

  1. Members of American Academy of Arts & Sciences: 1780—2011 (англ.). Дата обращения: 28 октября 2011. Архивировано 18 февраля 2012 года.
  2. Bell 2002 — С. 377
  3. Whitaker A. John Stewart Bell (англ.) (August 2002). Дата обращения: 28 октября 2011. Архивировано 18 февраля 2012 года.
  4. Шульман М. Х. Джон Белл и его теорема. — перевод статьи Jackiw R., Shimony A. (2001), The Depth and Breadth of John Bell's Physics, arΧiv:physics/0105046v2 . Дата обращения: 28 октября 2011. Архивировано 18 февраля 2012 года.
  5. 1 2 Rosenblum B., Kutter F. Spooky Actions: Bell's Theorem // Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness (англ.). — Oxford University Press, 2011. — P. 173—175. — ISBN 9780199753819.
  6. Lambert T. A History of Belfast. Дата обращения: 28 октября 2011. Архивировано 18 февраля 2012 года.
  7. Bell 2004— C. xiii
  8. Sheldon G. Bohmian Mechanics. The Stanford Encyclopedia of Philosophy. Стэнфордский университет. Дата обращения: 13 сентября 2011. Архивировано 5 февраля 2012 года.
  9. Bell J. S. On the Einstein Podolsky Rosen Paradox (англ.) // Phys. Phys. Fiz. / P. W. Anderson, B. T. MatthiasPergamon Press, 1964. — Vol. 1, Iss. 3. — P. 195—200. — 6 p. — ISSN 0554-128Xdoi:10.1103/PHYSICSPHYSIQUEFIZIKA.1.195
    Русский перевод Путенихина: Парадокс Эйнштейна Подольского Розена. Квантовая Магия. Дата обращения: 13 сентября 2011. Архивировано 17 сентября 2011 года.
  10. Bell 2002 — С. 104
  11. Bell 2004 — C. 82—83
  12. Bell 2002 — С. 17
  13. Bell 2001— C. 148

Литература[править | править код]

  • Bell J. S. Speakable and unspeakable in quantum mechanics. — 2004. — ISBN 9780521523387.
  • Bell J. S., Bell M., Gottfried K., Veltman M. John S. Bell on the foundations of quantum mechanics. — 2001. — ISBN 9789810246884.
  • Bell J. S., Bertlmann R. A., Zeilinger A. Quantum [un]speakables: from Bell to quantum information. — 2002. — ISBN 9783540427568.