ABOUT THE SPEAKER
Aaron O'Connell - Physicist
Aaron O'Connell is the first person to experimentally induce and measure quantum effects in the motion of a humanmade object, bridging the quantum and classical worlds.

Why you should listen

Growing up reading philosophy, playing guitar, and generally not thinking about science, Aaron O’Connell never expected to revolutionize the world of physics. But an inspiring stuffed-monkey-shot-from-a-cannon demonstration and a series of positive research experiences as an undergraduate propelled him to graduate school at UCSB.

While there, in an experiment remarkable both for its conceptual simplicity and technical difficulty, O’Connell was the first person to measure quantum effects in an object large enough to see with the naked eye. Named Breakthrough of the year by Science Magazine, the experiment shattered the previous record for the largest quantum object, showing decisively that there is no hard line between the quantum and everyday worlds.

More profile about the speaker
Aaron O'Connell | Speaker | TED.com
TED2011

Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object

アーロン・オコンネル:目に見える量子物体を理解する

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物理学者は素粒子が通常の物体とは全く異なり、奇抜な量子力学の法則に従って振る舞うという考えに慣れています。アーロン・オコンネルは画期的な実験によって、肉眼で確認ができ、二つの場所に同時に存在することが実証可能な物体を作り、そのような区別を曖昧にさせました。本トークではその結果に対して興味深い考察を紹介します。
- Physicist
Aaron O'Connell is the first person to experimentally induce and measure quantum effects in the motion of a humanmade object, bridging the quantum and classical worlds. Full bio

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00:15
This is a representation表現 of your brain,
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これは脳を表しています
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and your brain can be broken壊れた into two parts部品.
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脳は二つの部分に分けられます
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There's the left halfハーフ, whichどの is the logical論理的 side,
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左半分は論理を司り
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and then the right halfハーフ,
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右半分は
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whichどの is the intuitive直感的な.
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直感を担当します
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And so if we had a scale規模 to measure測定 the aptitude適性 of each hemisphere半球,
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左右の脳半球の能力を示す基準があれば
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then we can plotプロット our brain.
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脳を図に表すことが可能です
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And for example, this would be somebody誰か who'sだれの completely完全に logical論理的.
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例えばこの場合 完全に論理的な人を表します
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This would be someone誰か who'sだれの entirely完全に intuitive直感的な.
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この場合は完全に直感的な人でしょう
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So where would you put your brain on this scale規模?
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皆さんの脳はどの位置でしょうか
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Some of us mayかもしれない have optedオプトイン for one of these extremes極端な,
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極端なパターンの人もいるかもしれませんが
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but I think for most最も people in the audience聴衆,
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皆さんの脳は大抵
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your brain is something like this --
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こんな風に
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with a high高い aptitude適性 in bothどちらも hemispheres半球 at the same同じ time.
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同時に両半球で高い能力を持っていると思います
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It's not like they're mutually互いに exclusive排他的 or anything.
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双方相容れない訳でなく
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You can be logical論理的 and intuitive直感的な.
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論理的且つ直感的になれるのです
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And so I consider検討する myself私自身 one of these people,
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私もこの分類に入ると思っています
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along一緒に with most最も of the other experimental実験的 quantum量子 physicists物理学者,
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他の実験量子物理学者の多くもそうです
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who need a good deal対処 of logic論理
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量子物理の複雑な考えをまとめる
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to string文字列 together一緒に these complex複合体 ideasアイデア.
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論理性が必要である一方
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But at the same同じ time, we need a good deal対処 of intuition直感
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実験を成功させるための
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to actually実際に make the experiments実験 work.
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かなりの直感が必要なのです
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How do we develop開発する this intuition直感? Well we like to play遊びます with stuffもの.
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どう直感を培えばよいでしょうか? まずは試してみるのです
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So we go out and play遊びます with it, and then we see how it acts行為,
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試しにいろいろやってみて その結果を見てみます
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and then we develop開発する our intuition直感 from there.
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そこから直感を培っていくのです
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And really you do the same同じ thing.
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皆さんも同じ事をしています
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So some intuition直感
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何年もかけて
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that you mayかもしれない have developed発展した over the years
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2000
皆さんが培ってきた直感の一つは
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is that one thing is only in one place場所 at a time.
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一つの物は 同時に二つの場所に存在しないということです
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I mean, it can sound weird奇妙な to think about
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一つの物が 同時に二つの異なる場所に
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one thing beingであること in two different異なる places場所 at the same同じ time,
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存在するというのは 奇妙に感じるでしょう
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but you weren'tなかった bornうまれた with this notion概念, you developed発展した it.
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これは生まれもった概念ではなく 培ってきたものです
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And I remember思い出す watching見ている a kidキッド playing遊ぶ on a car stop.
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85000
3000
子供が車止めの上で遊んでいるのを見たことを思い出します
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He was just a toddler幼児 and he wasn'tなかった very good at it, and he kept保管 falling落下 over.
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88000
3000
よちよち歩きの幼児で よく落ちていました
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But I betベット playing遊ぶ with this car stop taught教えた him a really valuable貴重な lessonレッスン,
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91000
3000
でも車止めで遊んで あの子は貴重なことを学んだと思います
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and that's that large things don't let you get right past過去 them,
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それは 大きい物体は自分を通り抜けることはせず
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and that they stay滞在 in one place場所.
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一つの場所にとどまるということです
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And so this is a great conceptual概念的な modelモデル to have of the world世界,
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これは世界の概念として優れたモデルです
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unless限り you're a particle粒子 physicist物理学者.
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でも素粒子物理学者の観点では
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It'dそれは be a terribleひどい modelモデル for a particle粒子 physicist物理学者,
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ひどいモデルです
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because they don't play遊びます with car stops停止,
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彼らの対象は車止めでなく
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they play遊びます with these little weird奇妙な particles粒子.
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素粒子という奇妙なものだからです
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And when they play遊びます with their彼らの particles粒子,
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2000
素粒子を扱ってみると それが
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they find they do all sortsソート of really weird奇妙な things --
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本当に奇妙なことをすることを知りました
02:12
like they can fly飛ぶ right throughを通して walls,
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壁を通り抜けたり
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or they can be in two different異なる places場所 at the same同じ time.
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4000
二つの異なる場所に同時に存在するのです
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And so they wrote書きました down all these observations観察,
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このような観測内容はまとめられ
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and they calledと呼ばれる it the theory理論 of quantum量子 mechanics力学.
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4000
量子力学理論と名付けられました
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And so that's where physics物理 was at a few少数 years ago;
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3000
それが数年前の頃の物理学でした
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you needed必要な quantum量子 mechanics力学
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極めて小さな素粒子の説明には
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to describe説明する little, tiny小さな particles粒子.
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量子力学が必要です
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But you didn't need it
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でも私たちの周囲にある
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to describe説明する the large, everyday毎日 objectsオブジェクト around us.
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普通の大きさの物体の説明には必要ありません
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This didn't really sit座る well with my intuition直感,
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3000
これは私の直感に しっくりきませんでしたが
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and maybe it's just because I don't play遊びます with particles粒子 very oftenしばしば.
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3000
普段から 素粒子を扱わないからかもしれません
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Well, I play遊びます with them sometimes時々,
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2000
たまに扱うこともありますが
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but not very oftenしばしば.
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めったにありません
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And I've never seen見た them.
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2000
それに見たこともありません
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I mean, nobody's誰も ever seen見た a particle粒子.
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そもそも素粒子を見た人は誰もいません
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But it didn't sit座る well with my logical論理的 side eitherどちらか.
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3000
さらに 論理的にもしっくりきませんでした
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Because if everything is made up of little particles粒子
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もし全ての物体が素粒子で構成され
03:00
and all the little particles粒子
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2000
素粒子は
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followフォローする quantum量子 mechanics力学,
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2000
量子力学に従うのであれば
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then shouldn'tすべきではない everything just followフォローする quantum量子 mechanics力学?
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全ての物体も量子力学に従うのではないでしょうか?
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I don't see any reason理由 why it shouldn'tすべきではない.
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そうならない理由を見出すことができません
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And so I'd feel a lot better about the whole全体 thing
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もし 通常の物体も
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if we could somehow何とか showショー
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量子力学に従うことを
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that an everyday毎日 objectオブジェクト
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何とか証明できれば全てが
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alsoまた、 follows続く quantum量子 mechanics力学.
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納得できると考えました
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So a few少数 years ago, I setセット off to do just that.
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3000
そして数年前 その取り組みに着手しました
03:23
So I made one.
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188000
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そして一つ作ってみたのです
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This is the first objectオブジェクト
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2000
これが機械的に
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that you can see
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2000
量子重ね合わせ状態になった
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that has been in a mechanical機械的 quantum量子 superposition重畳.
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195000
3000
肉眼で見える初めての物体です
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So what we're looking at here
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2000
今見ているのは
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is a tiny小さな computerコンピューター chipチップ.
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2000
小さなコンピュータチップです
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And you can sortソート of see this green dotドット right in the middle中間.
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3000
真ん中に緑の点が見えます
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And that's this pieceピース of metal金属 I'm going to be talking話す about in a minute.
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205000
3000
これはこの後説明する金属片です
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This is a photograph写真 of the objectオブジェクト.
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2000
これが物体の写真になります
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And here I'll zoomズーム in a little bitビット. We're looking right there in the centerセンター.
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210000
3000
ここを少し拡大してみます あの中心を見ています
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And then here'sここにいる a really, really big大きい close-up閉じる of the little pieceピース of metal金属.
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213000
3000
これが小さな金属片を拡大した時のものです
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So what we're looking at is a little chunkチャンク of metal金属,
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2000
今見ているのは小さな金属の塊で
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and it's shaped形をした like a divingダイビング boardボード, and it's sticking固着する out over a ledge.
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ダイビング・ボードのような出っ張った形をしています
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And so I made this thing
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コンピュータチップを作るのと
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in nearlyほぼ the same同じ way as you make a computerコンピューター chipチップ.
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2000
同じ方法でこれを作りました
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I went行った into a cleanクリーン roomルーム with a fresh新鮮な siliconシリコン waferウェーハ,
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3000
新しいシリコンウェハーと共に クリーンルームの中で
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and then I just crankedクランクされた away at all the big大きい machines機械 for about 100 hours時間.
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3000
100時間程 様々な巨大な機械を使い製作します
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For the last stuffもの, I had to buildビルドする my own自分の machine機械 --
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2000
最後の工程では 装置の下の
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to make this swimming水泳 pool-shapedプールの形をした hole
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水泳プールの形をした穴を作るために
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underneath下の the deviceデバイス.
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2000
機械を自作する必要がありました
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This deviceデバイス has the ability能力
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2000
この装置は
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to be in a quantum量子 superposition重畳,
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2000
量子重ね合わせ状態になる機能がありますが
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but it needsニーズ a little help to do it.
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少し手助けが必要です
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Here, let me give you an analogy類推.
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244000
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ここである例えを紹介します
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You know how uncomfortable不快な it is to be in a crowded混雑した elevatorエレベーター?
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3000
混んでいるエレベーターの中の不快さを想像してみてください
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I mean, when I'm in an elevatorエレベーター all alone単独で, I do all sortsソート of weird奇妙な things,
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249000
3000
エレベーターに私一人なら 変なことをしたりするのですが
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but then other people get on boardボード
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252000
2000
他の乗客が入ってくると
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and I stop doing those things
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254000
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そういうことはやめます
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because I don't want to bother気にする them,
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256000
2000
他の人の迷惑になりたくないですし
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or, frankly率直に, scare恐怖 them.
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258000
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怖がらせたくありません
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So quantum量子 mechanics力学 says言う
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261000
2000
量子力学的には
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that inanimate生きていない objectsオブジェクト feel the same同じ way.
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263000
3000
無生物もそう思うようです
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The fellow仲間 passengers乗客 for inanimate生きていない objectsオブジェクト
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266000
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乗客としての無生物は
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are not just people,
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268000
2000
人だけでなく
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but it's alsoまた、 the light shiningシャイニング on it
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270000
2000
差し込む光だったり
04:47
and the wind blowing吹く past過去 it and the heat of the roomルーム.
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272000
3000
吹き抜ける風や室内の熱だったりします
04:50
And so we knew知っていた, if we wanted to see
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275000
2000
ですから この金属片が
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this pieceピース of metal金属 behave行動する quantum量子 mechanically機械的に,
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277000
3000
量子力学的に振る舞うのを見るには 乗客を全て
04:55
we're going to have to kickキック out all the other passengers乗客.
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280000
2000
降ろす必要があると分かっていたので
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And so that's what we did.
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282000
2000
そうしました
04:59
We turned回した off the lightsライト,
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284000
2000
明かりを消して
05:01
and then we put it in a vacuum真空 and sucked吸い込まれた out all the air空気,
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286000
2000
吸引機で全ての空気を除去し
05:03
and then we cooled冷却された it down
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288000
2000
絶対零度付近の温度まで
05:05
to just a fraction分数 of a degree above上の absolute絶対の zeroゼロ.
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290000
2000
冷やしました
05:07
Now, all alone単独で in the elevatorエレベーター,
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292000
2000
エレベーターに残されたこの小さな金属片は
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the little chunkチャンク of metal金属 is free無料 to act行為 howeverしかしながら it wanted.
115
294000
2000
これで自由に振る舞う事が可能です
05:11
And so we measured測定された its motionモーション.
116
296000
2000
そこでその挙動を測定してみると
05:13
We found見つけた it was moving動く in really weird奇妙な ways方法.
117
298000
2000
非常に奇妙な動きをしていました
05:15
Instead代わりに of just sitting座っている perfectly完全に still, it was vibrating振動する,
118
300000
3000
完全に静止する代わりに 振動していたのです
05:18
and the way it was vibrating振動する was breathing呼吸 something like this --
119
303000
3000
振動はまるで呼吸のように
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like expanding拡大する and contracting収縮する bellowsベローズ.
120
306000
2000
肺が拡大 縮小をしているようでした
05:23
And by giving与える it a gentle優しい nudgeナッジ,
121
308000
2000
そして軽く押してみると
05:25
we were ableできる to make it bothどちらも vibrate振動する
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310000
2000
金属片に振動と無振動を
05:27
and not vibrate振動する
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312000
2000
同時に行わせることが
05:29
at the same同じ time --
124
314000
2000
出来たのです
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something that's only allowed許可された with quantum量子 mechanics力学.
125
316000
3000
それは量子力学においてのみあり得る動きです
05:34
So what I'm telling伝える you here is something truly真に fantastic素晴らしい.
126
319000
3000
ここでお話していることは本当に素晴らしいことです
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What does it mean for one thing
127
322000
2000
一つの物体が
05:39
to be bothどちらも vibrating振動する and not vibrating振動する
128
324000
2000
振動と無振動を同時に行うとは
05:41
at the same同じ time?
129
326000
2000
どういった事でしょうか?
05:43
So let's think about the atoms原子.
130
328000
2000
原子について考えてみましょう
05:45
So in one case場合:
131
330000
2000
例を出します
05:47
all the trillions数兆 of atoms原子 that make up that chunkチャンク of metal金属
132
332000
3000
あの金属片を構成する無数の原子は
05:50
are sitting座っている still
133
335000
2000
静止していますが
05:52
and at the same同じ time those same同じ atoms原子
134
337000
2000
同時に
05:54
are moving動く up and down.
135
339000
2000
上下にも動いています
05:56
Now it's only at precise正確 times when they align整列する.
136
341000
3000
一列に並ぶのは一瞬だけで
05:59
The rest残り of the time they're delocalized非局在化した.
137
344000
2000
それ以外の時は離れています
06:01
That means手段 that everyすべて atom原子
138
346000
2000
これが意味するのは 全ての原子が
06:03
is in two different異なる places場所 at the same同じ time,
139
348000
2000
同時に二つの異なる場所に存在し
06:05
whichどの in turn順番 means手段 the entire全体 chunkチャンク of metal金属
140
350000
3000
すなわち 金属の塊は丸ごと二つの異なる場所に
06:08
is in two different異なる places場所.
141
353000
2000
存在しているということです
06:10
I think this is really coolクール.
142
355000
2000
これは本当にスゴいことだと思います
06:12
(Laughter笑い)
143
357000
2000
(笑)
06:14
Really.
144
359000
2000
本当ですよ
06:16
(Applause拍手)
145
361000
3000
(拍手)
06:19
It was worth価値 lockingロック myself私自身 in a cleanクリーン roomルーム to do this for all those years
146
364000
5000
何年もクリーンルームに閉じこもっていた甲斐がありました
06:24
because, checkチェック this out,
147
369000
2000
と言うのも 聞いてください
06:26
the difference in scale規模
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371000
2000
一つの原子と
06:28
betweenの間に a singleシングル atom原子 and that chunkチャンク of metal金属
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373000
2000
あの金属の塊との間の縮尺の違いは
06:30
is about the same同じ as the difference
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375000
2000
あの金属の塊と皆さんとの
06:32
betweenの間に that chunkチャンク of metal金属 and you.
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377000
2000
縮尺の違いと大体同じです
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So if a singleシングル atom原子 can be in two different異なる places場所 at the same同じ time,
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379000
3000
つまり一つの原子が同時に二つの異なる場所に存在できるなら
06:37
that chunkチャンク of metal金属 can be in two different異なる places場所,
153
382000
3000
金属片も二つの異なる場所に存在できます
06:40
then why not you?
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385000
2000
なら 皆さんにも可能では?
06:42
I mean, this is just my logical論理的 side talking話す.
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387000
3000
これは私の論理的な視点の意見です
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So imagine想像する if you're in multiple複数 places場所 at the same同じ time,
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391000
4000
自分が複数の場所に存在していたら
06:50
what would that be like?
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395000
3000
どうなるか想像してみてください
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How would your consciousness意識
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398000
2000
意識はどのようにして
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handleハンドル your body beingであること delocalized非局在化した in spaceスペース?
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400000
4000
空間の一ヶ所に存在しない体に対応するのでしょうか?
06:59
There's one more part to the storyストーリー.
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404000
2000
話にはもう一つ続きがあります
07:01
It's when we warmed温められた it up,
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406000
2000
物体を暖め
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and we turned回した on the lightsライト and looked見た inside内部 the boxボックス,
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408000
3000
明かりをつけ 箱の中を見たところ
07:06
we saw that the pieceピース metal金属 was still there in one pieceピース.
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411000
4000
金属片はまだそこに存在していました
07:10
And so I had to develop開発する this new新しい intuition直感,
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415000
3000
そこで 新しい直感を形成する必要がありました
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that it seems思われる like all the objectsオブジェクト in the elevatorエレベーター
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3000
エレベーターの中の全ての物体は
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are really just quantum量子 objectsオブジェクト
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421000
2000
実は紛れもない量子物体で
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just crammed詰め込まれた into a tiny小さな spaceスペース.
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423000
2000
狭い空間にいるだけのようでした
07:20
You hear聞く a lot of talk
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2000
量子力学上では
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about how quantum量子 mechanics力学 says言う that everything is all interconnected相互に接続された.
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427000
3000
全ては相互に関連し合っていることをよく聞きます
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Well, that's not quiteかなり right.
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2000
しかし 全く正しいとは言えません
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It's more than that; it's deeperもっと深く.
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3000
それだけの話ではなく もっと深いのです
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It's that those connections接続,
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周囲に存在する全ての物体と
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your connections接続 to all the things around you,
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3000
皆さんとの関連性が
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literally文字通り define定義する who you are,
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文字通り皆さんを定義するのです
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and that's the profound深遠な weirdness奇妙 of quantum量子 mechanics力学.
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443000
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それが量子力学のとても不思議な所なのです
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Thank you.
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2000
ありがとうございました
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(Applause拍手)
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2000
(拍手)
Translated by Yuki Okada
Reviewed by Sawa Horibe

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ABOUT THE SPEAKER
Aaron O'Connell - Physicist
Aaron O'Connell is the first person to experimentally induce and measure quantum effects in the motion of a humanmade object, bridging the quantum and classical worlds.

Why you should listen

Growing up reading philosophy, playing guitar, and generally not thinking about science, Aaron O’Connell never expected to revolutionize the world of physics. But an inspiring stuffed-monkey-shot-from-a-cannon demonstration and a series of positive research experiences as an undergraduate propelled him to graduate school at UCSB.

While there, in an experiment remarkable both for its conceptual simplicity and technical difficulty, O’Connell was the first person to measure quantum effects in an object large enough to see with the naked eye. Named Breakthrough of the year by Science Magazine, the experiment shattered the previous record for the largest quantum object, showing decisively that there is no hard line between the quantum and everyday worlds.

More profile about the speaker
Aaron O'Connell | Speaker | TED.com