TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O´Connell: Jak rozumět viditelným kvantovým objektům
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
Fyzikové si zvykli na myšlenku, že subatomární částice se chovají podle bizarních zákonů kvantové mechaniky, zcela jinak než tělesa lidských rozměrů. Aaron O´Connell ve svém průlomovém experimentu rozostřil hranice stvořením tělesa, které je viditelné pouhým okem, ale prokazatelně se nachází na dvou místech současně. Ve svém projevu naznačuje zajímavý způsob jak o výsledku přemýšlet.
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
Tohle je znázornění vašeho mozku.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
Můžeme ho rozdělit na dvě části.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
Tohle je levá polovina, ta logická,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
a potom pravá půlka,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
která je intuitivní.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
Kdyby existovalo měřítko schopností obou hemisfér,
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
mohli bychom náš mozek zakreslit.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
Například takto by vypadal někdo, kdo je kompletně logický.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
Tohle bude někdo úplně intuitivní.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
Kam byste na této stupnici umístili svůj mozek vy?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Někteří z nás by si možná zvolili jeden z těchto extrémů,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
ale myslím, že většina lidí v publiku,
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
má mozek někde tady --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
s vysokými schopnostmi obou hemisfér zároveň.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
Není to tedy tak, že by se tyto schopnosti vzájemně vylučovaly.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Můžete být logičtí i intuitivní.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
Sám sebe považuji za jednoho z těch lidí,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
kteří spolu s většinou dalších experimentálních kvantových fyziků,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
potřebují spoustu logického myšlení
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
k pospojování těchto komplexních teorií.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Zároveň ale potřebujeme značné množství intuice
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
k vlastní experimentální práci.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Jak si tuto intuici budujeme? Tím, že si rádi se vším hrajeme.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Hrajeme si s věcmi a pozorujeme jak se chovají.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
Tím si vytváříme schopnost intuice.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
Vy děláte ve skutečnosti to samé.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
Jeden z instinktů,
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
který jste si nejspíše vyvinuli během let,
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
vám říká, že věc může být pouze na jednom místě.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Tím chci říct, že vám může připadat zvláštní přemýšlet
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
o jedné věci na dvou různých místech zároveň,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
ale s tímto předpokladem jste se nenarodili, ten jste si vytvořili.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
Pamatuji si, že jsem sledoval chlapce, jak si hraje na zarážce pod kola.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
Ještě se učil chodit, moc mu to nešlo a tak stále padal.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
Ale vsadím se, že hraním na této zarážce získal hodnotnou zkušenost,
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
totiž, že takhle velké věci vám neumožní projít skrz ně,
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
a že zůstanou na jednom místě.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
To je dobré obecné pravidlo pro život na tomto světe,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
tedy pokud nejste vědcem zabývajícím se částicemi.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
Pro částicového fyzika by to byl velmi špatný model,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
protože ti si nehrají se zarážkami pro auta,
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
ti si hrají s těmito zvláštními malými částicemi.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
A když si hrají se svými částicemi,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
zjišťují, že se v mnohém chovají opravdu zvláštně --
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
jako například, že mohou prolétávat zdí
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
nebo být na dvou různých místech najednou.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
Fyzici zaznamenali všechna tato pozorování
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
a nazvali to teorií kvantové mechaniky.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
Toto je stav fyziky před pár lety;
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
potřebovali jste kvantovou mechaniku
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
abyste charakterizovali malé, mrňavé částice.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Ale nepotřebovali jste ji
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
k popisu velkých, každodenních objektů kolem nás.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Tohle opravdu neladilo s mojí intuicí,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
a možná je to jen proto, že si nehraji s částicemi moc často.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
No, někdy si s nimi hraji,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
ale ne moc často.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
Nikdy jsem je ale neviděl.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
Myslím tím, nikdo je nikdy neviděl.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
Nevyhovovalo mi to ale ani po logické stránce.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Jestliže je vše tvořeno těmito malými částicemi
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
a všechny tyto malé částice se
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
chovají podle zákonů kvantové mechaniky,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
nemělo by potom podléhat zákonům kvantové mechaniky vše?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
Nevidím jediný důvod proč by nemělo.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
Bylo by mi daleko lépe,
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
kdybychom nějak mohli ukázat,
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
že každodenní objekty
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
také podléhají zákonům kvantové fyziky.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Právě na tom jsem začal před několika roky pracovat
03:23
So I made one.
70
188000
3000
a jeden takový objekt vyrobil.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
Bylo to první těleso,
03:28
that you can see
72
193000
2000
které jste mohli vidět,
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
které bylo v kvantově mechanické superpozici.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
To, na co se zde díváme,
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
je malinkatý počítačový čip.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
Uprostřed něho můžete vidět zelenou tečku.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
O tomto kousku kovu vám nyní budu povídat.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Toto je fotografie celého tělesa.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
Nyní ho trochu přiblížím; díváme se rovnou do středu.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
Tady je hodně, hodně velké zvětšení toho malého kousku kovu.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
To, na co teď koukáme, je malý kousek kovu
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
ve tvaru skokanského prkna, který přesahuje přes hranu.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
Tuhle věcičku jsem vyrobil
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
skoro stejným způsobem jako se vyrábí počítačové čipy.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Zamířil jsem do bezprašné místnosti s čistým silikonovým polovodičem
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
a tam si asi 100 hodin hrál se všemi těmi velkými mašinami.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
Kvůli poslední úpravě jsem si musel postavit stroj vlastní --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
to abych mohl vyrobit otvor ve tvaru bazénku
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
pod zařízením.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Toto zařízení má schopnost
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
být v kvantové superpozici,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
ale musí se mu trochu pomoct.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Dám vám přirovnání.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Znáte to, jak nepohodlné je být v plném výtahu?
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Myslím tím, že když jsem ve výtahu sám, dělám spoustu různých podivných věcí,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
ale potom přistoupí další lidé
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
a já se vším přestanu,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
protože ty lidi nechci obtěžovat,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
nebo, upřimně, vystrašit je.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
Kvantová mechanika říká,
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
že neživé těleso se chová stejným způsobem.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Spolucestujícími pro neživá tělesa
04:43
are not just people,
103
268000
2000
nejsou pouze lidé,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
ale je to také dopadající světlo,
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
proudění vzduchu kolem, nebo teplo v místnosti.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
A tak jsme věděli, že jestli chceme vidět
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
tento kousek kovu chovat se kvantově mechanicky,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
musíme vyloučit všechny ostatní pasažéry.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
Tak jsme to udělali.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Zhasli jsme světla,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
dali to do vakua a odsáli všechen vzduch,
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
a potom jsme to zchladili
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
jen na zlomek stupně nad absolutní nulu.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Když je úplně sám ve výtahu,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
může ten malý kousek kovu dělat cokoliv chce.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
A tak jsme měřili jeho pohyb.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Zjistili jsme, že se pohyboval opravdu podivným způsobem.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Místo toho, aby zůstal v absolutním klidu, vibroval.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
Způsob jakým vibroval byl podobný dýchání --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
byl podobný měchu, který se roztahuje a stahuje.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
Když jsme do něj trošku šťouchli,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
byli jsme schopni dosáhnout toho, že vibroval
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
i nevibroval
05:29
at the same time --
124
314000
2000
současně --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
něčeho, co je dovoleno pouze v kvantové mechanice.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Co vám tady povídám je něco skutečně fantastického.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Co to znamená, když těleso
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
vibruje i nevibruje
05:41
at the same time?
129
326000
2000
současně?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Představte si atomy.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Jedna z možností je,
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
že všech trilión atomů tvořících kousek kovu
05:50
are sitting still
133
335000
2000
je v klidu
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
a zároveň ty samé atomy
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
se pohybují nahoru a dolu.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Jen v jeden okamžik jsou vyrovnané,
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
po zbytek času jsou delokalizované.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
To znamená, že každý atom
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
je na dvou různých místech současně,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
což vlastně znamená, že celý kus kovu
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
je na dvou různých místech.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Což si myslím, že je skvělé.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(smích)
06:14
Really.
144
359000
2000
Opravdu.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(potlesk)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Být zavřen v bezprašné místnosti po všechny ty roky stálo za to.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Protože, podívejte se na takhle,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
rozdíl v rozměrech
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
mezi jediným atomem a tímto kouskem kovu
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
je zhruba stejný jako rozdíl
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
mezi tímto kouskem kovu a vámi.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
Takže jestliže jediný atom může být na dvou místech zároveň,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
tento kousek kovu může být na dvou místech,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
tak proč ne vy?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
Myslím tím, tohle je jen má logická strana.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
Představte si, že byste byli na několika místech zároveň,
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
jaké by to bylo?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Jak by vaše vědomí
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
zvládlo vaše tělo delokalizované v prostoru?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Příběh má však ještě pokračování.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
Když jsme to ohřáli,
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
rozsvítili jsme a podívali se do krabice,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
viděli jsme, že ten kousek kovu tam stále je a v jednom kuse.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
Musel jsem si vytvořit novou intuici,
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
vypadá to, že všechna tělesa ve výtahu
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
jsou vlastně kvantovými tělesy
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
jsou však vměstnány v malinkatém prostoru.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Často slyšíte o tom,
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
že kvantová mechanika říká, že vše je vzájemně propojeno.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
To není tak docela pravda;
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
je to víc než to, jde to hlouběji.
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
Je to tak, že tato propojení,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
vaše propojení se vším kolem vás,
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
doslova určují kdo jste.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
A to je ta hluboká zvláštnost kvantové mechaniky.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Děkuji.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(potlesk)
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