TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Donant compte d'un objecte quàntic visible
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
Els físics estan avesats al fet que les partícules subatòmiques actuïn segons els estranys principis de la mecànica quàntica, absolutament allunyats de l'escala de mesura de l'ésser humà. En un experiment trencador, Aaron O'Connell ha esborrat aquesta distinció en crear un objecte que no tan sols és visible a simple vista, sinó que demostra que ho és alhora en dos llocs diferents. En aquesta conferència, suggereix una intrigant manera de pensar en el resultat.
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. Full bio
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
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
This is a representation of your brain,
0
0
3000
Això és una representació del cervell.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
Es pot dividir en dues parts.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
Això és la meitat esquerra, la part lògica,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
i aquí hi ha la meitat dreta,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
la part intuïtiva.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
Així que si tinguéssim una escala per mesurar les aptituds de cada hemisferi,
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
podríem elaborar un mapa del cervell.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
Per exemple, aquest seria d'algú completament lògic.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
Aquest d'algú totalment intuïtiu.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
On situaríeu el vostre cervell en aquesta escala?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Alguns optaríem per un dels extrems,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
però crec que per a la majoria de vosaltres,
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
el vostre cervell seria una cosa així,
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
amb una gran capacitat en ambdós hemisferis alhora.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
No té per què ser incompatible ni molt menys.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Es pot ser lògic i intuïtiu.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
Jo em considero així,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
com la majoria dels físics quàntics experimentals,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
que necessiten una bona dosi de lògica
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
per embastar aquestes idees complexes.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Però alhora, necessitem una bona dosi d'intuïció
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
per fer que l'experiment finalment funcioni.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Com desenvolupem aquesta intuïció? Ens agrada experimentar.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Així que anem i hi juguem, i després veiem com actuen.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
I a partir d'aquí desenvolupem la intuïció.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
En realitat, vosaltres feu el mateix.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
Per exemple, una intuïció
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
que heu desenvolupat durant anys
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
és que una cosa és només a un lloc alhora.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Sé que pot sonar estrany pensar sobre
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
una cosa que sigui a dos llocs diferents alhora,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
però no heu nascut amb aquesta noció, l'heu desenvolupada.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
Recordo veure un nen jugant sobre una barra d'estacionament.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
No tindria més de dos anys i mig i no ho feia molt bé, hi ensopegava sempre.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
Però aposto que jugar amb aquesta barra li va ensenyar una lliçó molt important,
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
i és que les coses grans no et deixen travessar-les,
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
i s'estan en un lloc.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
I això és un gran model conceptual del món,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
llevat que sigues un físic de partícules.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
Seria un model terrible per a un físic de partícules,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
perquè ells no juguen amb barres d'estacionament,
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
ells juguen amb aquestes petites i estranyes partícules.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
I quan hi juguen,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
troben que fan tota mena de coses realment estranyes,
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
com ara que poden travessar les parets,
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
o que poden ser en dos llocs diferents alhora.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
Així que van apuntar totes aquestes observacions,
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
i la van anomenar la teoria de la mecànica quàntica.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
I aquí era la física fa uns quants anys;
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
es necessitava la mecànica quàntica
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
per descriure les partícules molt petites.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Però no la necessitaves
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
per descriure els grans objectes quotidians que ens envolten.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Això no casava amb la meva intuïció,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
i potser passa perquè no jugo sovint amb partícules.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Bé, hi jugo alguna vegada,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
però no sovint.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
I mai les he vistes.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
De fet, ningú no les ha vistes mai.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
Però així i tot no hi casava amb la meva part lògica.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Perquè si tot és fet de petites partícules
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
i totes les petites partícules
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
actuen segons la mecànica quàntica,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
llavors no hauria d'actuar tot segons aquestes lleis?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
No veig cap raó perquè no sigui així.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
Em sentiria molt millor doncs,
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
si pogués d'alguna manera demostrar
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
que un objecte quotidià
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
també segueix la mecànica quàntica.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Fa un parell d'anys, vaig començar a fer just això.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
En vaig construir un.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
Aquest és el primer objecte
03:28
that you can see
72
193000
2000
que podeu veure
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
que ha estat en una superposició quàntica mecànica.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
Això que observem aquí
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
és un petit xip informàtic.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
Podeu veure aquesta mena de punt verd al mig.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
És la peça de metall sobre la qual parlaré dins d'un minut.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Això és una fotografia de l'objecte.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
El faré una mica més gran. Mirem just al centre.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
I això és realment un primeríssim pla d'aquesta petita peça metàl·lica.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
El que examinem és un petit tros de metall,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
que té forma de trampolí, i sobresurt d'un sortint.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
Vaig construir això
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
gairebé de la mateixa manera que es fa un xip d'ordinador.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Em vaig ficar a una sala blanca amb una oblia nova de silici,
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
i vaig posar les grans màquines en marxa unes 100 hores.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
Per a l'últim material, vaig haver de construir la meva pròpia màquina,
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
per fer aquest forat en forma de piscina
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
sota l'aparell.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Aquest aparell té l'habilitat
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
de estar en una superposició quàntica,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
però necessita una mica d'ajuda per fer-ho.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Deixeu-me fer-vos una analogia.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Sabeu com és d'incòmode pujar a un ascensor ple de gom a gom?
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Quan sóc sol a un ascensor, faig tota mena de coses estranyes,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
però quan hi pugen altres persones
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
deixo de fer-ne,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
perquè no vull molestar-los,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
ni, sincerament, espantar-los.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
La mecànica quàntica diu
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
que els objectes inanimats actuen igual.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Els companys de viatge per als objectes inanimats
04:43
are not just people,
103
268000
2000
no són la gent,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
sinó que són la llum que hi lluu
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
i el vent que hi bufa i l'escalfor de l'habitació.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
Sabíem, doncs, que si volíem veure
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
actuar aquesta peça de metall segons la mecànica quàntica,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
hauríem de fer fora tots els altres passatgers.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
I això és el que vam fer.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Vam apagar els llums,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
el vam posar en el buit i vam aspirar tot l'aire,
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
després el vam refredar
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
a una temperatura una fracció de grau superior al zero absolut.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Ara, tot sol a l'ascensor,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
el petit tros de metall és lliure d'actuar com desitgi.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
I hi vam mesurar el moviment.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Vam descobrir que es bellugava de manera molt estranya.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
En lloc d'estar-se absolutament quiet, vibrava.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
I la manera com vibrava era com una respiració, si fa no fa,
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
com l'expansió i contracció d'una manxa.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
I picant-lo suaument,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
el podíem fer vibrar
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
i no vibrar
05:29
at the same time --
124
314000
2000
alhora,
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
una cosa que només es permesa a la mecànica quàntica.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Així que el que us explico és veritablement fantàstic.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Què significa que una cosa
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
vibri i no vibri
05:41
at the same time?
129
326000
2000
alhora?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Penseu en els àtoms.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Un exemple:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
tots els bilions d'àtoms que composen el tros de metall
05:50
are sitting still
133
335000
2000
estan quiets
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
i alhora aquests mateixos àtoms
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
es belluguen amunt i avall.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Només en un moment concret s'hi alineen.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
La resta del temps estan deslocalitzats.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Això vol dir que cada àtom
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
és a dos llocs diferents alhora,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
la qual cosa vol dir també que el tros sencer de metall
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
és a dos llocs diferents.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Crec que és guai, això!
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Riallades)
06:14
Really.
144
359000
2000
De debò.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Aplaudiments)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Pagava la pena de tancar-me en una sala blanca per fer això tots aquests anys.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Perquè, fixeu-vos-hi,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
la diferència escalar
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
entre un àtom sol i aquest tros de metall
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
és més o menys la mateixa
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
que entre aquest tros de metall i vosaltres.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
Per tant, si un àtom sol pot ser a dos llocs diferents alhora,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
aquest tros de metall pot ser a dos llocs diferents,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
així que per què no vosaltres?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
Vull dir, això ho diu el meu costat lògic.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
Imagineu si poguéssiu ser a múltiples llocs alhora,
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
com seria?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Com la vostra consciència
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
manegaria un cos deslocalitzat a l'espai?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Encara hi ha una altra part d'història.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
Quan el vam escalfar,
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
i vam encendre els llums i vam mirar dins la caixa,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
vam veure que la peça de metall encara hi era tota sencera.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
I això em va fer desenvolupar una nova intuïció,
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
de que sembla que tots els objectes de l'ascensor
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
són en realitat objectes quàntics
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
tot just ficats en un espai reduït.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Sentiu moltes conferències
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
sobre com la mecànica quàntica afirma que tot està interconnectat.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
Bé, no és del tot cert;
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
és més que això, més profund.
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
Aquestes connexions,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
les vostres connexions amb totes les coses del voltant,
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
literalment defineixen qui sou.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
I aquesta és la profunda estranyesa de la mecànica quàntica.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Gràcies.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(Aplaudiments)
ABOUT THE SPEAKER
Aaron O'Connell - PhysicistAaron 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.
Aaron O'Connell | Speaker | TED.com