TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Dándole sentido a un objeto cuántico visible
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Los físicos están acostumbrados a la idea de que las partículas subatómicas se comportan de acuerdo a las extrañas leyes de la mecánica cuántica, completamente diferente a los objetos a escala humana. En un avanzado experimento, Aaron O'Connell ha desdibujado esa distinción al crear un objeto visible a simple vista, pero que probablemente se encuentre en dos lugares al mismo tiempo. En esta charla sugiere una intrigante forma de pensar el resultado.
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
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00:15
This is a representation of your brain,
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3000
Esta es una representación de tu cerebro
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and your brain can be broken into two parts.
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3000
3000
que podemos dividir en dos partes.
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There's the left half, which is the logical side,
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6000
2000
El lado izquierdo, que es la parte lógica,
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and then the right half,
3
8000
2000
y el lado derecho,
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which is the intuitive.
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10000
2000
que es la parte intuitiva.
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And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
Por lo tanto, si utilizáramos una escala para medir la aptitud de cada hemisferio,
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then we can plot our brain.
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15000
2000
podríamos diseñar un plano de nuestro cerebro.
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And for example, this would be somebody who's completely logical.
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17000
3000
Por ejemplo, éste sería alguien que es completamente lógico.
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This would be someone who's entirely intuitive.
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20000
3000
Este sería alguien que es totalmente intuitivo.
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So where would you put your brain on this scale?
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24000
3000
Entonces, ¿Dónde ubicarías tu cerebro en esta escala?
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Some of us may have opted for one of these extremes,
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27000
3000
Algunos optarían por uno de estos extremos,
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but I think for most people in the audience,
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30000
2000
pero creo que para la mayoría de los integrantes de esta audiencia,
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your brain is something like this --
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32000
2000
su cerebro es algo así --
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with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
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34000
3000
con una gran aptitud en ambos hemisferios al mismo tiempo.
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It's not like they're mutually exclusive or anything.
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37000
2000
No es que sean mutuamente exclusivos,
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You can be logical and intuitive.
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39000
2000
Puedes ser lógico e intuitivo.
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And so I consider myself one of these people,
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41000
3000
Yo me considero una de esas personas,
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along with most of the other experimental quantum physicists,
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44000
3000
que al igual que la mayoría de los otros físicos cuánticos experimentales,
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who need a good deal of logic
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47000
2000
necesitamos bastante lógica
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to string together these complex ideas.
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49000
2000
para concatenar estas complicadas ideas.
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But at the same time, we need a good deal of intuition
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51000
3000
Pero al mismo tiempo, necesitamos bastante intuición
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to actually make the experiments work.
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54000
2000
para hacer que los experimentos realmente funcionen.
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How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
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56000
3000
¿Cómo desarrollamos esta intuición? Bueno, nos gusta jugar con cosas.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
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59000
3000
Nos ponemos a jugar con ellas y luego vemos como reaccionan.
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and then we develop our intuition from there.
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62000
3000
Y luego desarrollamos nuestra intuición a partir de ese punto.
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And really you do the same thing.
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65000
2000
Y en realidad, ustedes hacen lo mismo.
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So some intuition
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67000
2000
Cierta intuición
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that you may have developed over the years
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69000
2000
que pueden haber desarrollado con el paso de los años
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
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71000
4000
es la que dice que una cosa puede estar solo en un lugar a la vez.
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I mean, it can sound weird to think about
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75000
3000
Es decir, puede sonar raro pensar
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one thing being in two different places at the same time,
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78000
4000
que una cosa esté en dos lugares diferentes al mismo tiempo,
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but you weren't born with this notion, you developed it.
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82000
3000
pero ustedes no nacieron con esta noción, la desarrollaron.
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And I remember watching a kid playing on a car stop.
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85000
3000
Recuerdo observar a un niño jugando en una barra de estacionamiento.
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He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
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88000
3000
Era un niño pequeño y no lo hacía muy bien, siempre se caía.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
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91000
3000
Pero apuesto que el jugar con esa barra de estacionamiento le enseñó una valiosa lección,
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and that's that large things don't let you get right past them,
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94000
4000
y es que las cosas grandes no permiten que las traspasen,
01:53
and that they stay in one place.
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98000
3000
y que permanecen en un lugar.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
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101000
3000
Éste es un gran modelo conceptual que se puede tener del mundo,
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unless you're a particle physicist.
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104000
2000
salvo que seas un físico de partículas.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
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106000
2000
Sería un modelo terrible para un físico de partículas,
02:03
because they don't play with car stops,
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108000
2000
ya que ellos no juegan con barras de estacionamiento,
02:05
they play with these little weird particles.
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110000
3000
juegan con estas extrañas pequeñas partículas.
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And when they play with their particles,
42
113000
2000
Y cuando juegan con sus partículas,
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they find they do all sorts of really weird things --
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115000
2000
descubren que ellas hacen toda clases de cosas realmente raras --
02:12
like they can fly right through walls,
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117000
3000
como que pueden atravesar paredes,
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or they can be in two different places at the same time.
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120000
4000
o que pueden estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo.
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And so they wrote down all these observations,
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124000
3000
Y entonces escribieron todas estas observaciones,
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and they called it the theory of quantum mechanics.
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127000
4000
y la llamaron teoría de la mecánica cuántica.
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And so that's where physics was at a few years ago;
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131000
3000
En ese punto se encontraba la física algunos años atrás;
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you needed quantum mechanics
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134000
2000
necesitabas de la mecánica cuántica
02:31
to describe little, tiny particles.
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136000
2000
para describir esas pequeñas partículas.
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But you didn't need it
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138000
2000
Pero no la necesitabas
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to describe the large, everyday objects around us.
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140000
4000
para describir los objetos grandes que nos rodean todos los días.
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This didn't really sit well with my intuition,
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144000
3000
Eso no se ajustaba muy bien a mi intuición,
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and maybe it's just because I don't play with particles very often.
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147000
3000
y quizás sea porque no juego muy a menudo con partículas.
02:45
Well, I play with them sometimes,
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150000
2000
Bueno, a veces juego con ellas,
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but not very often.
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152000
2000
pero no mucho.
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And I've never seen them.
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154000
2000
Y nunca las he visto.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
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156000
3000
Es decir, nunca nadie vio una partícula.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
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159000
3000
Pero tampoco se ajustaba bien a mi parte lógica.
02:57
Because if everything is made up of little particles
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162000
3000
Porque si todo está hecho de pequeñas partículas
03:00
and all the little particles
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165000
2000
y todas las pequeñas partículas
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follow quantum mechanics,
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167000
2000
siguen los principios de la mecánica cuántica,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
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169000
3000
entonces ¿No debería todo seguir los principios de la mecánica cuántica?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
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174000
3000
No encuentro la razón por la cual no debería.
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And so I'd feel a lot better about the whole thing
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177000
2000
Y por lo tanto me sentiría mucho mejor
03:14
if we could somehow show
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179000
2000
si pudiera de alguna forma demostrar
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that an everyday object
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181000
2000
que un objeto común
03:18
also follows quantum mechanics.
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183000
2000
también sigue los principios de la mecánica cuántica.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
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185000
3000
Es por eso que hace algunos años, me propuse hacer exactamente eso.
03:23
So I made one.
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188000
3000
Y lo hice.
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This is the first object
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191000
2000
Este es el primer objeto
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that you can see
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193000
2000
que pueden ver
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
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195000
3000
que ha estado en una superposición de mecánica cuántica.
03:33
So what we're looking at here
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198000
2000
Lo que vemos aquí
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is a tiny computer chip.
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200000
2000
es un pequeño chip de computadora.
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And you can sort of see this green dot right in the middle.
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202000
3000
Y pueden tratar de ver el punto verde justo en el medio.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
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205000
3000
Ese es el pedacito de metal del que voy a hablar en un minuto.
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This is a photograph of the object.
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208000
2000
Esta es una foto del objeto.
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And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
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210000
3000
Y aquí lo voy a ampliar un poquito. Se encuentra justo en el centro.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
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213000
3000
Y luego aquí hacemos un acercamiento bien bien grande al pequeño trocito de metal.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
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216000
2000
Lo que vemos es un pequeño pedacito de metal,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
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218000
3000
con forma de trampolín y que sobresale apoyado en una plataforma.
03:56
And so I made this thing
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221000
2000
Y entonces hice esto
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
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223000
2000
casi de la misma forma que harías un chip de computadora.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
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225000
3000
Fui a una habitación limpia con un chip de silicio nuevo,
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
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228000
3000
y puse a funcionar todas las grandes máquinas por alrededor de 100 horas.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
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231000
2000
Para el último material, tuve que construir mi propia máquina --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
para hacer este orificio con forma de pileta de natación
04:11
underneath the device.
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236000
2000
que se encuentra debajo del dispositivo.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Este dispositivo tiene la capacidad
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to be in a quantum superposition,
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240000
2000
de estar en una superposición cuántica,
04:17
but it needs a little help to do it.
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242000
2000
pero para ello necesita de un poco de ayuda.
04:19
Here, let me give you an analogy.
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244000
2000
Permítanme hacer una analogía.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
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246000
3000
Ustedes saben lo incómodo que es estar en un elevador lleno de gente.
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
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249000
3000
Es decir, cuando estoy en un elevador solo, hago toda clase de cosas raras,
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but then other people get on board
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252000
2000
pero luego cuando otra gente sube
04:29
and I stop doing those things
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254000
2000
dejo de hacer esas cosas,
04:31
because I don't want to bother them,
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256000
2000
porque no los quiero molestar,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
o, en realidad, asustar.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
La mecánica cuántica dice
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that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
que los objetos inanimados se comportan de la misma manera.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
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266000
2000
Los compañeros de viaje de los objetos inanimados
04:43
are not just people,
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268000
2000
no son solo personas,
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but it's also the light shining on it
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270000
2000
también es la luz que lo alumbra
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
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272000
3000
y el viento que pasa a su lado y el calor de la habitación.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
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275000
2000
Por lo tanto sabíamos que si queríamos
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
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277000
3000
que este pedacito de metal se comporte de acuerdo a la mecánica cuántica,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
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280000
2000
tendríamos que expulsar a todos los otros pasajeros.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
Y eso fue lo que hicimos.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Apagamos las luces,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
luego introdujimos una aspiradora y extrajimos todo el aire,
05:03
and then we cooled it down
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288000
2000
y luego lo enfriamos
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
a una temperatura de menos de un grado por sobre el cero absoluto.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Ahora, al estar solo en el elevador,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
el pequeño pedazo de metal es libre de actuar como quiera.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
Entonces medimos sus movimientos.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Descubrimos que se movía en formas muy extrañas.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
En lugar de quedarse perfectamente quieto, estaba vibrando.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
Y la forma en que vibraba era como una respiración de esta forma --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
como un fuelle que se expande y se contrae.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
Y al darle un suave empuje,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
pudimos hacer que vibre
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
y que no vibre
05:29
at the same time --
124
314000
2000
al mismo tiempo --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
algo que solo ocurre con la mecánica cuántica.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Por lo tanto lo que les estoy contando es algo realmente fantástico.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
¿Qué significa que una cosa
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to be both vibrating and not vibrating
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324000
2000
vibre y no vibre
05:41
at the same time?
129
326000
2000
al mismo tiempo?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Pensemos en los átomos.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
En un caso:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
todos los trillones de átomos que conforman ese pedazo de metal
05:50
are sitting still
133
335000
2000
están quietos
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
y al mismo tiempo esos mismos átomos
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
se están moviendo para arriba y para abajo.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Es solo en determinados instantes cuando esos se alinean.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
En el resto del tiempo están deslocalizados.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Quiere decir que cada átomo
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
está en dos lugares diferentes al mismo tiempo,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
lo que a la vez significa que todo el pedazo de metal
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
está en dos lugares diferentes.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Creo que esto es genial.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Risas)
06:14
Really.
144
359000
2000
De verdad.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Aplausos)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Valió la pena encerrarme en una habitación limpia para hacer esto durante todos esos años.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Porque, observen esto,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
la diferencia en escala
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
entre un solo átomo y ese pedacito de metal
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
es más o menos la misma que la diferencia
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
entre ese pedacito de metal y ustedes.
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So if a single atom can be in two different places at the same time,
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Por lo tanto si un solo átomo puede estar en dos lugares diferentes al mismo tiempo,
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that chunk of metal can be in two different places,
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y ese pedazo de metal puede estar en dos lugares diferentes,
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then why not you?
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¿Por qué no ustedes también?
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I mean, this is just my logical side talking.
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Digo, es mi parte lógica la que habla.
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So imagine if you're in multiple places at the same time,
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Por lo tanto imagínense si estuvieran en varios lugares al mismo tiempo,
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what would that be like?
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¿Cómo sería eso?
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How would your consciousness
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¿Cómo actuaría tu consciencia
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handle your body being delocalized in space?
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si tu cuerpo estuviera deslocalizado en el espacio?
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There's one more part to the story.
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Hay otra parte de la historia.
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It's when we warmed it up,
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Y es cuando lo calentamos,
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and we turned on the lights and looked inside the box,
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y encendimos las luces y miramos dentro de la caja,
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we saw that the piece metal was still there in one piece.
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vimos que el metal seguía ahí en una sola pieza.
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And so I had to develop this new intuition,
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Y pude llegar a esta nueva intuición,
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that it seems like all the objects in the elevator
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aparentemente todos los objetos en el elevador
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are really just quantum objects
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en realidad solo son objetos cuánticos
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just crammed into a tiny space.
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que están simplemente hacinados en un pequeño espacio.
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You hear a lot of talk
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Se oye hablar mucho
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about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
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acerca de que la mecánica cuántica afirma que todo está interconectado.
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Well, that's not quite right.
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Bueno, eso no es tan cierto;
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It's more than that; it's deeper.
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es más que eso, es más profundo.
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It's that those connections,
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Es que esas conexiones,
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your connections to all the things around you,
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tus conexiones a todas las cosas que te rodean,
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literally define who you are,
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literalmente definen quien eres.
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and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
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Y esa es la profunda rareza de la mecánica cuántica.
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Thank you.
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Gracias.
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(Applause)
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(Aplausos)
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