1990年10月1日,约翰 · 斯图尔特 · 贝尔(John Steward Bell)因脑溢血而猝然逝世,终年62岁。他的逝世,对物理学和自然哲学的发展而言,是一个不可弥补的损失。因为他不仅对量子力学的基础研究做出了他那一代人中最深刻的贡献,而且直到他生命的最后时刻仍在继续探索关于这一课题的新思想。
J · 贝尔出生于北爱尔兰的贝尔弗斯特,是他的家庭中接受高等教育的第一人。在贝尔弗斯特的奎因大学,他先后获得了实验物理专业的理学学士学位(1948)和数学物理专业的理学学士学位(1949)。1949年他进入了位于马尔文和哈威尔的原子能研究机构,起初几个月从事原子反应堆方面的工作,随后转向关于粒子加速器的理论研究。后来他暂时离开那里,在伯明翰大学研究了一段时间的量子场论(1953~1954)。1954年他回到哈威尔的原子能研究机构,继续研究场论和原子能理论一直到1960年,并于1956年在伯明翰大学获得哲学博士学位。19 M年,他在哈威尔与玛丽 · 罗思——也是一位加速器专家相识,并与其结婚。
从1960年起,贝尔夫妇都成为欧洲原子能研究中心(CERN)的成员。在这里他带着多方面的兴趣主要从事基本粒子理论的研究工作,但同时也继续为加速器的设计工作。按他自己的选择,他是作为“量子工程师”而被官方正式列入该中心的名册上。由于贝尔关于量子力学基础的工作只是他的“业余消遣”(他自己的话),当局也因他对该中心的主要任务的巨大价值而对此默许,因此,他关于量子力学基础研究的深度和广度就更加令人瞩目了。
贝尔在一生中获得了许多荣誉,其中包括他被选为伦敦皇家学会的会员以及美国艺术和科学学会的外籍会员。出版于1990和1991年的《物理学基础》的6期专刊,包括在贝尔60岁诞辰之际纪念他的研究文章,进一步表明了他对物理学的创造性贡献在他的科学同行中已普遍享有的巨大威望。
贝尔关于量子力学基础的全部研究工作的最强烈的动机,在于他领悟到人类在自然界中是相对不重要的,因而基础物理学应当完全免于人类中心主义的影响。他在他的论文集《量子力学中可说的与不可说的》中写道:“考虑将来有一种理论在本质上将不是意义含糊和近似准确这样一种可能性,是值得注意的。这样一个理论基本上将不是关于‘测量’的,因为那样将仍然意味着该系统的不完备性和来自外界的未经分析的干扰。更确切地说,如下情况也应当是可能的,即:提到一个系统,不是说‘如此这般可能被观察到是这样’,而是说‘如此这般可能是这样’”。这种意图自然把贝尔拉到著名的玻尔-爱因斯坦争论中的爱因斯坦一边,并且贝尔公开声称既不理解哥本哈根诠释本身,也不理解物理学共同体中大多数人对哥本哈根诠释的效忠。贝尔的第一项研究(《可说的与不可说的》的第一篇论文)是关于这样一个课题:量子态是对一个不同类的系综的统计性描述,系综内的各个成员按照不同的“隐变量”值彼此区分开来。他获得了三个重要的结果:(1)对冯 · 诺伊曼关于量子力学隐变量解释的逻辑上不可能性的著名证明的批评;(2)一个改进的不可能性的证明,它不依赖于由冯 · 诺伊曼所做的非物理性的假定(承认他的结果也能由一个艰深的格里森定理导出,他的一个未发表的评论说明他建立起自己的证明比理解格里森的论证更容易);(3)—个后来被称作“情境性的”隐变量理论的新家族,它不能被他自己的或任何其它的不可能性定理所排除。他的第一篇论文的纯净效果是要支持爱因斯坦。
第二篇论文一贝尔对这个领域所作的最卓越的贡献,是对爱因斯坦纲领的一次强有力的打击,因为它表明:满足某一“定域性条件”的隐变量理论不能与量子力学的所有预言都保持一致。这个条件字面上与爱因斯坦的相对论定域性不一样,但却具有同样的精神。他的定理本质上由两步组成。第一步是证明“定域性条件”意味着某一不等式(所有“贝尔不等式”的原型后来为许多学者所证明);第二步是展示量子力学预言与不等式相违背的物理情境。一打或更多的与量子力学一致的精确实验表明:自然界本身在某一意义上是非定域的。这种非定域性的精确本性是贝尔本人生前所深入思索的课题,现在仍在争论中。
贝尔从未作过这样的结论:玻尔在与爱因斯坦的争论中已经获胜,即使爱因斯坦在一定程度上确实已经失败。运用各种各样的方法,贝尔继续探索一个完全非人类中心论的解释或修正量子力学的可能性。他为德布罗意和波姆的导波理论的可能的合理性辩护,虽然没有某种超距作用,没有确认一个允许的参考框架,这些理论也许就不可能被形式化。他热忱地欢迎如下这种想法:波包编缩可能发生在完全与物理测量无关的情境中,并可能被一个进行了随机性修正的不含时薛定谔方程所支配。
除了上述以及其它对量子力学基础的直接贡献之外,贝尔还产生了一个强大且有益的间接影响。他的榜样和评论鼓舞了人们对正统形式体系大胆怀疑的精神和富于想象地探索新思想的志愿,同时也提高了关于概念的形成和论证的标准。
对贝尔在基本粒子理论和物理学其它分科中的工作的评价,需要留给适当的专家。然而,这里应该提到这样一项研究,他(与休斯和利那思合作)证明:在高能加速器轨道中完成电子的自旋极化的极限,是根据量子电动力学中的一个高深命题得出的,就是说:电磁真空涨落对一个加速度观察者来说,表现为某一与加速度成正比的温度上的黑体辐射(“安鲁效应”)。善于在一项深刻的原理和实验观测之间建立起联系的环节,是贝尔工作的特征。
也应当提到贝尔与他的妻子玛丽联合发表了一系列关于量子韧致辐射的论文。他用这样一句话来感谢他的妻子在他的关于量子力学基础的工作中的作用:“当我再次浏览这些论文时,我处处都看到了她。”
贝尔是一个伟大的物理学家,他的性格与他的智力是相当的。他完全献身于对自然的研究,以显著的热情报道他的结果,却没有丝毫自我夸张的痕迹。他以十分宽容的态度对待他人的成就,并对大量年轻的研究人员给予了建议、鼓励和肯定。贝尔的举止通常是含蓄的,但当他讲课或讨论时,他是能言善辩的,并以优美的方式结合着庄重、严肃、机智和幽默。贝尔参加的关于量子力学基础的许多会议的气氛,都极大地受到了他那宽宏大度的影响。他将以巨大的威望和影响为人们所纪念,人们也将深深地感受到他走后所留下的空白。
[Foundation of Physics年第5期]