TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Donner un sens à un objet quantique visible
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
Les physiciens sont habitués à l'idée que les particules subatomiques se comportent selon les règles étranges de la mécanique quantique, complètement différente des objets de taille humaine. Dans une expérience révolutionnaire, Aaron O'Connell a troublé cette distinction en créant un objet qui est visible à l'oeil nu, mais qui s'avère être à deux endroits en même temps. Dans cet exposé, il évoque une interprétation fascinante du résultat.
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
Ceci est une représentation de votre cerveau.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
Et votre cerveau peut être séparé en deux parties.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
Il y a la moitié gauche, qui est la partie logique,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
et la moitié droite,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
qui est celle de l'intuition.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
Ainsi, si nous disposions d'une échelle pour mesurer l'aptitude de chaque hémisphère,
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
alors nous pourrions représenter notre cerveau.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
Par exemple, ce serait une personne entièrement logique.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
Ce serait une personne entièrement intuitive.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
Alors, où placeriez-vous votre cerveau sur l'échelle?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Certains d'entre nous ont opté pour l'un de ces cas extrêmes,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
mais je pense que pour la majorité du public,
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
votre cerveau ressemble à ça --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
avec une grande aptitude pour les deux hémisphères en même temps.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
Ce n'est pas comme si elles étaient mutuellement exclusives, ni rien.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Vous pouvez être logique et intuitif.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
Et je me considère parmi ces personnes,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
comme la plupart des autres physiciens quantiques expérimentaux,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
nous avons besoin d'une grande partie de logique
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
pour assembler ces idées complexes.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Mais en même temps, nous avons besoin d'une grande part d'intuition
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
pour faire fonctionner les expériences.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Comment développons-nous cette intuition? Et bien, nous aimons jouer avec des trucs.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Ainsi, nous sortons et jouons avec, et ensuite, nous regardons comment cela se comporte.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
Et ensuite, nous développons notre intuition à partir de ça.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
Et en fait, vous faites la même chose.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
Ainsi, une certaine intuition
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
que vous devez avoir développé au fil des années
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
est qu'une même chose est à un seul et même endroit à la fois.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Je veux dire, cela pourrait paraître étrange de penser à
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
une même chose à deux endroits différents au même moment,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
mais vous n'êtes pas nés avec cette idée, vous l'avez développée.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
Et je me souviens d'un enfant jouant sur une butée de parking.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
C'était juste un bambin et il n'était pas très doué, il ne cessait de tomber.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
Mais je parie que jouer avec cette butée lui a donné une bonne leçon,
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
et ces ainsi que de grandes choses ne vous laissent pas juste passer,
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
et qu'elles restent à un seul et même endroit.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
Et ainsi, c'est un modèle conceptuel génial du monde,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
du moment que vous n'êtes pas un physicien particulaire.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
C'est un modèle terrible pour un physicien particulaire,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
car ils ne jouent pas avec des stops,
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
ils jouent avec de petites particules étranges.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
Et lorsqu'ils jouent avec leurs particules,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
ils découvrent qu'elles font toute sorte de choses très étranges --
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
comme voler à travers les murs,
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
ou être à deux endroits en même temps.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
Et ils notent ainsi toutes leurs observations,
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
et ils appellent ça la théorie de la mécanique quantique.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
Et c'est là qu'en était la physique il y a quelques années;
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
vous aviez besoin de la mécanique quantique
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
pour décrire de petites, minuscules particules.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Mais vous n'en aviez pas besoin
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
pour décrire les grands objets du quotidien qui nous entourent.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Cela ne s'accordait pas vraiment avec mon intuition,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
et c'est peut-être simplement parce que je ne joue pas très souvent avec des particules.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Enfin, je joue avec parfois,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
mais pas très souvent.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
Et je ne les ai jamais vues.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
Je veux dire, personne n'as jamais vu une particule.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
Mais cela ne satisfaisait pas vraiment mon côté logique non plus.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Parce que si tout est constitué de petites particules
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
et que toutes les petites particules
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
suivent les lois de la mécanique quantique,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
alors tout ne devrait-il pas simplement suivre les lois de la mécanique quantique?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
Je ne vois aucune raison pour que ça marche autrement.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
Et alors je me sentirais beaucoup mieux avec tout ça
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
si nous pouvions démontrer d'une façon ou d'une autre
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
qu'un objet ordinaire
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
suit également les lois de la mécanique quantique.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Ainsi, il y a quelques années, je me suis lancé là-dedans.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
Donc j'en ai fabriqué un.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
C'est le premier objet
03:28
that you can see
72
193000
2000
que vous pouvez voir
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
à être dans une superposition de mécanique quantique.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
Ainsi, ce que nous regardons ici
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
est un petit micro-processeur.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
Et vous pouvez voir cette espèce de point vert au centre.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
Et c'est de cette pièce de métal dont je vais parler dans une minute.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Voici une photographie de l'objet.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
Je vais agrandir un peu. Nous regardons juste ici au centre
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
Et là, c'est un plan très très rapproché de la petite pièce métallique.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
Ce que nous regardons est un petit morceau de métal,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
en forme de plongeoir, tenu sur le bord.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
Et donc, j'ai fabriqué ce truc
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
presque de la même façon que vous fabriquez un micro-processeur.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Je suis allé dans une salle blanche avec un disque de silicone neuf,
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
et ensuite, j'ai juste lancé toutes les grosses machines pour environ 100 heures.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
Pour le dernier truc, j'ai du construire ma propre machine --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
pour faire ce trou en forme de piscine
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
sous l'appareil.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Cet appareil est capable
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
d'être dans une superposition quantique,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
mais il a besoin d'un peu d'aide pour faire ça.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Maintenant, laissez-moi vous donner une analogie.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Vous savez à quel point il est inconfortable de se trouvé dans un ascenseur bondé.
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Je veux dire, quand je suis tout seul dans un ascenseur, je fais toutes sortes de choses bizarres,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
mais ensuite d'autres gens montent
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
et j'arrête de faire ces choses,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
parce que je ne veux pas les embêter,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
ou, carrément, les effrayer.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
Ainsi, la mécanique quantique dit
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
que les objets inanimés se comportent de la même façon.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Les compagnons de voyages pour les objets inanimés
04:43
are not just people,
103
268000
2000
ne sont pas de simples personnes,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
mais ce sont aussi la lumière qui brille sur eux
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
et le vent soufflant sur eux et la chaleur de la pièce.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
Et alors nous savions que si nous voulions voir
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
ce morceau de métal se comporter selon les lois de la mécanique quantique,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
nous allions avoir à éjecter tous les autres passagers.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
Et alors, c'est ce que nous avons fait.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Nous avons éteint la lumière,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
et ensuite nous l'avons placé sous vide,
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
et ensuite nous l'avons refroidi
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
à juste une fraction de degré sous le zéro absolu.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Maintenant, tout seul dans l'ascenseur,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
le petit morceau de métal est libre d'agir comme il l'entend.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
Et nous mesurons alors son mouvement.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Nous avons trouvé qu'il bougeait de façon très étrange.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Au lieu de rester parfaitement immobile, il vibrait.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
Et la façon dont il vibrait ressemblait à une respiration, un peu comme ça --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
comme s'il inspirait et expirait.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
Et en lui donnant un petit coût de pouce,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
nous étions capable de le faire à la fois vibrer
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
et ne pas vibrer
05:29
at the same time --
124
314000
2000
en même temps --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
quelque chose qui n'est autorisé que par la mécanique quantique.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Donc, ce que je suis entrain de vous raconter ici est réellement fantastique.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Qu'est-ce que cela signifie pour une chose
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
d'à la fois vibrer et ne pas vibrer
05:41
at the same time?
129
326000
2000
en même temps?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Alors, pensons aux atomes.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Ainsi, un cas:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
l'ensemble des trillions d'atomes composant ce morceau de métal
05:50
are sitting still
133
335000
2000
restent immobiles
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
et en même temps, ces mêmes atomes
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
se déplacent de haut en bas.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Maintenant, c'est seulement à des moments précis qu'ils s'alignent.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
Le reste du temps, ils sont décalés.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Cela signifie que chaque atome
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
est à deux endroits différents au même instant,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
ce qui, par conséquent, signifie que le morceau de métal entier
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
est à deux endroits différents.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Je pense que c'est vraiment sympa.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Rire)
06:14
Really.
144
359000
2000
Vraiment.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Applaudissements)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Ca en valait la peine de m'enfermer dans une pièce blanche pour faire ça pendant toutes ces années.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Parce que, en fin de compte,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
la différence d'échèle
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
entre un atome isolé et ce morceau de métal
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
est équivalent à la différence
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
entre ce morceau de métal et vous.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
Alors, si un atome isolé peut être à deux endroits en même temps,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
ce morceau de métal peut être à deux endroits différents,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
alors pourquoi pas vous?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
Je veux dire, c'est juste mon côté logique qui parle.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
Donc, imaginez si vous étiez dans plusieurs endroits en même temps,
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
a quoi cela ressemblerait-il?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Comment votre conscience
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
pourrait gérer le fait que votre corps soit séparé dans l'espace?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Il y a une partie supplémentaire à l'histoire.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
C'est quand nous le chauffons,
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
et que nous allumons les lumières et regardons à l'intérieur de la boîte,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
nous voyons que le morceau de métal est toujours là en un seul morceau.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
Ainsi, j'ai du développer cette nouvelle intuition,
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
qui suppose que tous les objets dans l'ascenseur
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
sont en réalité de simples objets quantiques
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
entassés dans un petit espace.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Vous avez entendu beaucoup d'exposés
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
sur la mécanique quantique qui disent que tout est interconnecté.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
Et bien, ce n'est pas tout à fait vrai;
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
c'est plus que ça, plus profond.
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
C'est que ces connections,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
vos connections avec tout ce qui vous entoure,
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
définissent littéralement qui vous êtes.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
Et c'est là toute l'étrangeté de la mécanique quantique.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Merci.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(Applaudissements)
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