John Stewart Bell FRS [2] (28 de julio de 1928 - 1 de octubre de 1990) fue un físico de Irlanda del Norte y el creador del teorema de Bell , un teorema importante en física cuántica con respecto a las teorías de variables ocultas . [3] [4] [5] [6]
John Stewart Bell | |
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Nació | John Stewart Bell 28 de julio de 1928 |
Fallecido | 1 de octubre de 1990 (62 años) |
alma mater | Queen's University of Belfast ( B.Sc. ) Universidad de Birmingham ( Ph.D. ) |
Conocido por | Teorema de Bell Estado de Bell Paradoja de la nave espacial de Bell Teorema de Bell-Kochen-Specker Anomalía de Adler-Bell-Jackiw Anomalía quiral Simetría CPT Superdeterminismo Entrelazamiento cuántico |
Premios | Premio Heineman (1989) Medalla Hughes (1989) Medalla y premio Paul Dirac (1988) |
Carrera científica | |
Instituciones | Establecimiento de Investigación de Energía Atómica CERN , Universidad de Stanford |
Tesis | I. Inversión temporal en la teoría de campos, ii. Algunos métodos funcionales en teoría de campo. (1956) |
Asesor de doctorado | Rudolph E. Peierls |
Otros asesores académicos | Paul Taunton Matthews [1] : 137 |
Biografía
Vida temprana y trabajo
John Bell nació en Belfast , Irlanda del Norte . Cuando tenía 11 años, decidió ser científico y a los 16 se graduó de Belfast Technical High School. Bell luego asistió a la Queen's University de Belfast , donde, en 1948, obtuvo una licenciatura en física experimental y, un año después, una licenciatura en física matemática. Continuó para completar un doctorado. en física en la Universidad de Birmingham en 1956, especializándose en física nuclear y teoría cuántica de campos . En 1954, se casó con Mary Ross, también física, a quien había conocido mientras trabajaba en física de aceleradores en Malvern, Reino Unido. [7] : 139 Bell se hizo vegetariano en su adolescencia. [8] Según su esposa, Bell era ateo . [9]
La carrera de Bell comenzó con el Establecimiento de Investigación de Energía Atómica del Reino Unido , cerca de Harwell, Oxfordshire , conocido como AERE o Harwell Laboratory . En 1960, se trasladó a trabajar para la Organización Europea de Investigación Nuclear ( CERN , Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire ), en Ginebra , Suiza . [10] Allí trabajó casi exclusivamente en la física teórica de partículas y en el diseño de aceleradores, pero encontró tiempo para dedicarse a una gran afición , investigar los fundamentos de la teoría cuántica . Fue elegido Miembro Honorario Extranjero de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1987. [11] También de importancia durante su carrera, Bell, junto con John Bradbury Sykes, MJ Kearsley y WH Reid , tradujeron varios volúmenes de los diez volumen del Curso de Física Teórica de Lev Landau y Evgeny Lifshitz , poniendo estas obras a disposición de una audiencia de habla inglesa en traducción, todas las cuales permanecen impresas.
Bell fue un defensor de la teoría de ondas piloto . [12] En 1987, inspirado por la teoría de Ghirardi-Rimini-Weber , también defendió las teorías del colapso. [13] Dijo sobre la interpretación de la mecánica cuántica: "Bueno, ya ves, realmente no lo sé. ¡Para mí no es algo en lo que tenga una solución para vender!" [14]
Teorema de Bell
En 1964, después de un año de licencia del CERN que pasó en la Universidad de Stanford , la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad de Brandeis , escribió un artículo titulado "Sobre la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen ". [15] En este trabajo, mostró que llevar adelante el análisis de EPR [16] permite derivar el famoso teorema de Bell . [17] La desigualdad resultante, derivada de ciertos supuestos, es violada por la teoría cuántica.
Existe cierto desacuerdo con respecto a lo que se puede decir que implica la desigualdad de Bell, junto con el análisis EPR . Bell sostuvo que no sólo las variables ocultas locales , sino todas y cada una de las explicaciones teóricas locales deben entrar en conflicto con las predicciones de la teoría cuántica: "Se sabe que con el ejemplo de correlaciones EPR de Bohm, que involucra partículas con espín, hay una no localidad irreductible ". [18] : 196 Según una interpretación alternativa, no todas las teorías locales en general, sino solo las teorías de variables ocultas locales (o teorías " realistas locales ") han demostrado ser incompatibles con las predicciones de la teoría cuántica.
Crítica de la demostración de von Neumann
El interés de Bell por las variables ocultas fue motivado por la existencia en el formalismo de la mecánica cuántica de una "frontera móvil" entre el sistema cuántico y el aparato clásico:
Una posibilidad es que encontremos exactamente dónde se encuentra el límite. Más plausible para mí es que encontraremos que no hay límite. ... Las funciones de onda resultarían ser una descripción provisional o incompleta de la parte mecánica cuántica, de la cual sería posible una explicación objetiva. Esta posibilidad, de una descripción homogénea del mundo, es para mí la principal motivación del estudio de la posibilidad de la llamada "variable oculta". [18] : 30
Bell fue impresionado que en la formulación de David Bohm 's teoría de variables ocultas no local , se necesita ningún límite, y fue esto lo que despertó su interés en el campo de la investigación. Bell también criticó el formalismo estándar de la mecánica cuántica sobre la base de la falta de precisión física:
Porque los buenos libros que conozco no se preocupan mucho por la precisión física. Esto ya está claro en su vocabulario. He aquí algunas palabras que, por legítimas y necesarias que sean en su aplicación, no tienen cabida en una formulación con pretensión de precisión física: sistema , aparato , medio ambiente , microscópico , macroscópico , reversible , irreversible , observable , información , medida . . ... En esta lista de malas palabras de buenos libros, la peor de todas es "medición". [18] : 215
Pero si iba a explorar a fondo la viabilidad de la teoría de Bohm, Bell necesitaba responder al desafío de las llamadas pruebas de imposibilidad contra variables ocultas. Bell abordó estos temas en un artículo titulado "Sobre el problema de las variables ocultas en la mecánica cuántica". [19] (Bell había escrito este artículo antes que su artículo sobre la paradoja EPR, pero no apareció hasta dos años después, en 1966, debido a retrasos en la publicación. [7] : 144 ) Aquí mostró que John von Neumann ' El argumento [20] no prueba la imposibilidad de las variables ocultas, como se afirmó ampliamente, debido a que se basa en un supuesto físico que no es válido para la mecánica cuántica, es decir, que el promedio ponderado por la probabilidad de la suma de cantidades observables es igual a la suma de los valores promedio de cada una de las cantidades observables separadas. [7] : 141 Bell posteriormente afirmó, "¡La prueba de von Neumann no es simplemente falsa sino tonta !". [21] : 88 En este mismo trabajo, Bell mostró que un esfuerzo más fuerte en tal demostración (basado en el teorema de Gleason ) también falla en eliminar el programa de variables ocultas. La supuesta falla en la prueba de von Neumann había sido descubierta previamente por Grete Hermann en 1935, pero no se volvió de conocimiento común hasta que Bell la redescubrió. [22]
Sin embargo, en 2010, Jeffrey Bub publicó un argumento de que Bell (e, implícitamente, Hermann) habían malinterpretado la prueba de von Neumann, alegando que no intenta probar la imposibilidad absoluta de las variables ocultas y, en realidad, no tiene fallas, después de todo. [23] (Por lo tanto, fue la comunidad de físicos en su conjunto la que había malinterpretado la prueba de von Neumann como aplicable universalmente). Bub proporciona evidencia de que von Neumann entendió los límites de su prueba, pero no hay registro de que von Neumann intentara corregir la malinterpretación casi universal que se prolongó durante más de 30 años y que existe hasta cierto punto hasta el día de hoy. De hecho, la demostración de Von Neumann no se aplica a las variables contextuales ocultas, como en la teoría de Bohm. [24]
Conclusiones de las pruebas experimentales
En 1972 se llevó a cabo un experimento que, extrapolado a las eficiencias ideales de los detectores, mostró una violación de la desigualdad de Bell. Fue el primero de muchos experimentos de este tipo. El propio Bell concluyó a partir de estos experimentos que "ahora parece que la no localidad está profundamente arraigada en la mecánica cuántica misma y persistirá en cualquier finalización". [18] : 132 Esto, según Bell, también implicaba que la teoría cuántica no es causal localmente y no puede integrarse en ninguna teoría causal local. Bell lamentó que los resultados de las pruebas no estuvieran de acuerdo con el concepto de variables ocultas locales:
Para mí, es muy razonable suponer que los fotones en esos experimentos llevan consigo programas, que han sido correlacionados de antemano, indicándoles cómo comportarse. Esto es tan racional que creo que cuando Einstein vio eso, y los demás se negaron a verlo, él era el hombre racional. Los demás, aunque la historia los ha justificado, enterraban la cabeza en la arena. ... Entonces, para mí, es una lástima que la idea de Einstein no funcione. Lo razonable simplemente no funciona ". [25] : 84
Bell parecía haberse resignado a la noción de que los experimentos futuros continuarían estando de acuerdo con la mecánica cuántica y violarían su desigualdad. Refiriéndose a los experimentos de prueba de Bell , comentó:
Es difícil para mí creer que la mecánica cuántica, que funciona muy bien para las configuraciones prácticas actuales, fallará sin embargo con las mejoras en la eficiencia del contador ... " [18] : 109
Algunas personas continúan creyendo que el acuerdo con las desigualdades de Bell aún podría salvarse. Sostienen que en el futuro experimentos mucho más precisos podrían revelar que una de las lagunas conocidas , por ejemplo, la llamada "laguna de muestreo equitativo", había sesgado las interpretaciones. La mayoría de los físicos de la corriente principal son muy escépticos acerca de todas estas "lagunas", admitiendo su existencia pero siguen creyendo que las desigualdades de Bell deben fallar.
Bell siguió interesado en la mecánica cuántica objetiva "libre de observadores". [26] Sintió que en el nivel más fundamental, las teorías físicas no deberían preocuparse por los observables, sino por 'be-ables': "Los beables de la teoría son aquellos elementos que podrían corresponder a elementos de la realidad, a cosas que existen. Su existencia no depende de la 'observación' ". [18] : 174 Quedó impresionado con las variables ocultas de Bohm como un ejemplo de tal esquema y atacó las alternativas más subjetivas como la interpretación de Copenhague . [18] : 92,133,181
Enseñanza de la teoría de la relatividad especial
Bell y su esposa, Mary Ross Bell, también física, contribuyeron sustancialmente a la física de los aceleradores de partículas, y con numerosos teóricos jóvenes del CERN, Bell desarrolló la física de partículas por sí misma. Una descripción general de este trabajo está disponible en el volumen de obras recopiladas editadas por Mary Bell, Kurt Gottfried y Martinus Veltman. [27] Aparte de su investigación en física de partículas, Bell a menudo planteaba un problema de comprensión de la relatividad especial, y aunque solo hay un informe escrito disponible sobre este tema ("Cómo enseñar la relatividad especial"), [18] : 67-80 este era un tema crítico para él. Bell admiró la contribución de Einstein a la relatividad especial, pero advirtió en 1985 "El enfoque de Einstein es ... pedagógicamente peligroso, en mi opinión". [28] : ix En 1989, con motivo del centenario de la contracción corporal de Lorentz-FitzGerald, Bell escribe "Se han escrito muchas tonterías sobre la contracción de FitzGerald". [27] Bell prefirió pensar en la contracción de Lorentz-FitzGerald como un fenómeno que es real y observable como una propiedad de un cuerpo material, que también era la opinión de Einstein, pero en opinión de Bell, el enfoque de Einstein deja mucho espacio para malas interpretaciones. Esta situación y los antecedentes de la posición de Bell son descritos en detalle por su colaborador Johann Rafelski en el libro de texto "La relatividad importa" (2017). [28] Con el fin de combatir los conceptos erróneos que rodean la contracción corporal de Lorentz-FitzGerald, Bell adoptó y promovió un experimento mental relativista que se hizo ampliamente conocido como la paradoja de la nave espacial de Bell .
Muerte
Bell murió inesperadamente de una hemorragia cerebral en Ginebra en 1990. [29] [30] [31] Se afirma ampliamente que, sin saberlo Bell, ese año había sido nominado para un Premio Nobel. [32] : 3 [33] : 155 [1] : 374 Su contribución a las cuestiones planteadas por EPR fue significativa. Algunos consideran que ha demostrado el fracaso del realismo local (variables ocultas locales). La propia interpretación de Bell es que la localidad misma se encontró con su desaparición.
Legado
- En 2008, el Premio John Stewart Bell fue creado por el Centro de Información y Control Cuántico de la Universidad de Toronto . [34] El premio se otorga cada dos años por contribuciones significativas publicadas por primera vez durante los seis años anteriores. El premio reconoce los principales avances relacionados con los fundamentos de la mecánica cuántica y las aplicaciones de estos principios. En 2009, Alain Aspect entregó el primer premio a Nicolas Gisin por su trabajo teórico y experimental sobre los fundamentos y aplicaciones de la física cuántica, en particular la no localidad cuántica , la criptografía cuántica y la teletransportación cuántica . [35]
- En el sitio del CERN en Meyrin , cerca de Ginebra , hay una calle llamada Route Bell en honor a John Stewart Bell.
- En 2016, su colega del CERN, Reinhold Bertlmann , escribió un extenso artículo, "Bell's Universe: A Personal Recollection", [36] explicando con cierto detalle su asombro al descubrir el artículo de Bell sobre los calcetines de Bertlmann , en el que Bell comparó el EPR paradoja con calcetines.
- Un día fue nombrado en su honor, en referencia a la fecha en que publicó el Teorema de Bell, el 4 de noviembre. [37]
Irlanda del Norte
- Desde 2015, una calle lleva el nombre de Bell's Theorem Crescent en su ciudad natal, Belfast. [38]
- La Casa John Bell, nombrada en su honor, terminó de construirse en 2016 y alberga a más de 400 estudiantes en el centro de la ciudad de Belfast. [39]
- La entrada peatonal al centro de ocio Olympia en Belfast, ubicado a 200 metros de la casa de la infancia de Bell, se llama "John Stewart Bell Entrance" en honor al hombre local. [40]
- En la Queen's University de Belfast, una de las salas de conferencias de física lleva el nombre de John Stewart Bell. [41]
- Hay una placa azul que conmemora a John Stewart Bell en el campus principal de la universidad de Queen.
- Hay una placa azul que conmemora a John Stewart Bell en la casa de su infancia en Tates Avenue en Belfast
- En 2017, el Instituto de Física encargó al compositor clásico Matthew Whiteside que el Quartet No 4 (Entangled) se presentara en el NI Science Festival 2018 inspirado en el trabajo de Bell; [42] la pieza se convirtió en la canción principal del segundo álbum de Whiteside y fue la inspiración para un cortometraje de Marisa Zanotti. [43]
Libros
- Bell, John Stewart (2004). Hablable e inefable en mecánica cuántica (2ª ed.). Cambridge: Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-52338-7.Edición de 2004 con introducción de Alain Aspect y dos artículos adicionales: ISBN 0-521-52338-9 .
Ver también
- Cartas epistemológicas
- Paradoja EPR , un experimento mental de Einstein , Podolsky y Rosen publicado en 1935 como un ataque a la teoría cuántica.
- Teoría de la variable oculta local
- Entrelazamiento cuántico
- Teorema de Bell , publicado en 1964
- Estado de campana
- Experimentos de prueba de campana
- Prueba CHSH Bell , una aplicación del teorema de Bell
- Experimento GHZ
- Superdeterminismo
Otro trabajo de Bell:
- Anomalía de Adler-Bell-Jackiw
- La paradoja de la nave espacial de Bell
Referencias
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Aunque fue ateo durante la mayor parte de su vida, mientras estaba en Queen's University [John Bell] tuvo muchas discusiones con un amigo católico, Denis McConalogue, sobre el diablo, e incluso asistió a algunas reuniones del Movimiento Estudiantil Cristiano por el bien de la discusión.
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Las variables ocultas no contextuales son aquellas que fijan valores o probabilidades o valores esperados para todos los observables de la mecánica cuántica, independientemente de cualquier contexto experimental. Las pruebas de imposibilidad de von Neumann (1932), Gleason (1957) y Kochen y Specker (1967) se refieren a este tipo de variables ocultas.
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