約翰·斯圖爾特·貝爾

約翰·斯圖爾特·貝爾

約翰·斯圖爾特·貝爾(John Stewart Bell,1928年6月28日-1990年10月1日),愛爾蘭物理學家,發展了量子力學中重要的貝爾定理。

基本信息

人物生平

早年生活

約翰·斯圖爾特·貝爾出生於北愛爾蘭的貝爾法斯特。 11歲時他立志成為一名科學家,16歲時便

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從貝爾法斯特技術學校畢業。 之後貝爾進入貝爾法斯特女王大學就讀,1948年取得了實驗物理的學士學位,隔年再取得了數學物理學位。 接著他到了伯明罕大學研究核物理與量子場論,並在1956年獲得博士學位。 這段期間裡,他認識了在從事粒子加速器研究的物理學家瑪莉·羅斯,兩人在1954年結婚。

此後,他先後任職於英國原子能科學研究院(AERE)和歐洲高能物理中心(CERN)。在歐洲高能物理中心(CERN),他多年從事加速器設計工程有關的工作,與理論物理,特別是量子論的理論基礎的工作,相差甚遠。貝爾只能利用業餘時間來研究理論物理,正是這一業餘研究使貝爾留名於物理史。1964年,他提出了轟動世界的貝爾不等式,對EPR悖論的研究做出了重要貢獻。

辭世

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約翰·貝爾於1990年因一場突發的腦溢血,於日內瓦過世,享年62歲。

貝爾不等式

(貝爾定理)

約翰·斯圖爾特·貝爾於1964年一個強有力的數學不等式,後來以他的名字命名為貝爾不等式,又稱貝爾定理。該定理在定域性和實在性的雙重假設下,對於兩個分隔的粒子同時被測量時其結果的可能關聯程度建立了一個嚴格的限制。而量子力學預言,在某些情形下,合作的程度會超過貝爾的極限,也即,量子力學的常規觀點要求在分離系統之間合作的程度超過任何“定域實在性”理論中的邏輯許可程度。貝爾不等式提供了用實驗在量子不確定性和愛因斯坦的定域實在性之間做出判決的機會。目前的實驗表明量子力學正確,決定論的定域的隱變數理論不成立。

貝爾不等式不成立意味著,阿爾伯特·愛因斯坦所主張的局域實體論(local realism),其預測不符合量子力學理論。由於很多實驗的結果與量子力學理論的預測一致,顯示出的量子關聯(quantum correlation)遠強過局域隱變數理論所能夠解釋,所以,物理學者拒絕接受局域實體論對於這些實驗結果的解釋。陷入找不到滿意解答的窘境,倘若不接受量子力學,物理學者只能無可奈何地勉強承認這是一種非因果關係的超光速效應(superluminal effect)。

貝爾不等式可以套用於任何由兩個相互糾纏的量子位元所組成的量子系統。最常見的範例是糾纏於自旋或偏振的粒子系統。

在貝爾前後,別的物理學家也達到了和貝爾類似的認識,比如,李政道在貝爾之前就認識到具有定域隱變數的體系不可能有中性介子那樣的量子力學關聯。繼貝爾之後,布歌爾(W.Buehel)與維格納(E.P Wigner)等人對貝爾不等式給出了不同的證明,1979年後克勞塞、西蒙尼等人則導出了更為實用的廣義不等式。包括法國物理學家埃斯帕納所作的證明和洪定國所介紹的證明在內,貝爾不等式已有了多種證明方法。

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