TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Scoprire il significato di un oggetto quantistico visibile.
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Per i fisici è normale pensare che le particelle subatomiche si comportino secondo le bizzarre regole della meccanica quantistica, completamente diverse da quelle che governano gli oggetti usati dalle persone. In un esperimento innovativo, Aaron O'Connell ha annullato questa distinzione creando un oggetto visibile a occhio nudo, ma in grado di trovarsi contemporaneamente in due luoghi. In questa conferenza, ci propone un modo affascinante di valutare il risultato.
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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This is a representation of your brain,
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Questa è una rappresentazione del cervello umano.
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and your brain can be broken into two parts.
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3000
Il cervello può essere diviso in due parti.
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There's the left half, which is the logical side,
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6000
2000
L'emisfero sinistro, cioè la parte logica,
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and then the right half,
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8000
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e il destro,
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which is the intuitive.
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quello intuitivo.
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And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
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12000
3000
Quindi, se avessimo una scala per misurare le capacità di ciascun emisfero,
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then we can plot our brain.
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2000
potremmo rappresentare schematicamente il cervello.
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And for example, this would be somebody who's completely logical.
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17000
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Ad esempio, questo sarebbe il cervello di qualcuno completamente logico.
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This would be someone who's entirely intuitive.
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20000
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Invece questo sarebbe quello di qualcuno totalmente intuitivo.
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So where would you put your brain on this scale?
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24000
3000
Allora, dove inserireste il vostro cervello in questa scala?
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Some of us may have opted for one of these extremes,
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Qualcuno di noi potrebbe aver scelto uno di questi estremi,
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but I think for most people in the audience,
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30000
2000
ma credo che per la maggioranza del pubblico
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your brain is something like this --
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2000
il cervello sia qualcosa del genere...
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with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
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con un alto livello di abilità in entrambi gli emisferi allo stesso tempo.
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It's not like they're mutually exclusive or anything.
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Non è che uno escluda l'altro-
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You can be logical and intuitive.
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Potete essere persone sia logiche che intuitive.
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And so I consider myself one of these people,
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41000
3000
E anche io mi considero una persona del genere,
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along with most of the other experimental quantum physicists,
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44000
3000
insieme alla maggior parte degli altri fisici quantistici sperimentali,
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who need a good deal of logic
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47000
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che hanno bisogno di una buona dose di capacità logica
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to string together these complex ideas.
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per legare tra loro idee complesse.
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But at the same time, we need a good deal of intuition
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51000
3000
Ma, allo stesso tempo, abbiamo anche bisogno dell'aiuto dell'intuizione
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to actually make the experiments work.
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54000
2000
per fare in modo che gli esperimenti funzionino davvero.
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How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
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3000
Ma come sviluppare l'intuizione? Beh, a noi piace giocare con le cose.
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So we go out and play with it, and then we see how it acts,
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59000
3000
Perciò le prendiamo e ci giochiamo, e stiamo a vedere come reagiscono.
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and then we develop our intuition from there.
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3000
E da qui sviluppiamo la nostra intuizione iniziale.
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And really you do the same thing.
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65000
2000
In effetti, anche voi fate la stessa cosa.
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So some intuition
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67000
2000
Dunque, una delle intuizioni
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that you may have developed over the years
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2000
che potreste aver elaborato negli anni
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is that one thing is only in one place at a time.
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71000
4000
è che una cosa si possa trovare solo in posto in dato momento.
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I mean, it can sound weird to think about
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75000
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Voglio dire, potrebbe sembrare un po' strano pensare
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one thing being in two different places at the same time,
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78000
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che un oggetto si trovi nello stesso momento in due luoghi diversi,
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but you weren't born with this notion, you developed it.
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82000
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ma voi non siete nati con questa idea, l'avete semplicemente elaborata.
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And I remember watching a kid playing on a car stop.
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85000
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Mi ricordo di un bambino che giocava su un dosso stradale.
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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
Sapeva appena camminare e non riusciva a mantenere l'equilibrio, cadeva sempre.
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But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
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91000
3000
Ma scommetto che giocare su quel dosso gli abbia insegnato una lezione preziosa,
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and that's that large things don't let you get right past them,
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94000
4000
cioè che quell'affare largo non ti lascia passare,
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and that they stay in one place.
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98000
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e che si può trovare solo in un posto.
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And so this is a great conceptual model to have of the world,
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101000
3000
E questo è un ottimo modello concettuale per le cose del mondo,
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unless you're a particle physicist.
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2000
a meno che tu non sia un fisico delle particelle.
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It'd be a terrible model for a particle physicist,
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Sarebbe un modello terribile per questi fisici,
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because they don't play with car stops,
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perché loro non giocano con i dossi,
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they play with these little weird particles.
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bensì con queste strane piccole particelle.
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And when they play with their particles,
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2000
E quando giocano con le particelle
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they find they do all sorts of really weird things --
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2000
scoprono di poterci fare tantissime cose strane...
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like they can fly right through walls,
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come farle attraversare pareti
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or they can be in two different places at the same time.
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4000
o farle trovare in due luoghi diversi nello stesso momento.
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And so they wrote down all these observations,
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3000
E poi hanno annotato tutte le loro osservazioni
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and they called it the theory of quantum mechanics.
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127000
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e le hanno chiamate teoria della meccanica quantistica.
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And so that's where physics was at a few years ago;
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3000
Questo era il punto a cui erano arrivati i fisici alcuni anni fa;
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you needed quantum mechanics
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c'era bisogno della meccanica quantistica
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to describe little, tiny particles.
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2000
per descrivere delle piccole, minuscole particelle.
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But you didn't need it
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Ma non ce n'era bisogno
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to describe the large, everyday objects around us.
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per descrivere i grandi oggetti di uso comune attorno a noi.
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This didn't really sit well with my intuition,
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3000
Questo non si accordava molto bene con la mia parte intuitiva,
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and maybe it's just because I don't play with particles very often.
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147000
3000
forse perché non gioco molto spesso con le particelle.
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Well, I play with them sometimes,
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2000
Beh, ci gioco qualche volta,
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but not very often.
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ma non molto spesso.
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And I've never seen them.
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2000
E non le ho neanche mai viste.
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I mean, nobody's ever seen a particle.
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Voglio dire, nessuno ne ha mai vista una.
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But it didn't sit well with my logical side either.
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3000
Ma questo non calza neanche molto bene con la mia parte logica.
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Because if everything is made up of little particles
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Perché se tutto è composto da piccole particelle
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and all the little particles
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2000
e tutte le particelle
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follow quantum mechanics,
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167000
2000
seguono la meccanica quantistica,
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then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
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169000
3000
allora la meccanica quantistica non dovrebbe applicarsi a tutto?
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I don't see any reason why it shouldn't.
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174000
3000
Non vedo nessuna ragione per cui non dovrebbe essere così.
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And so I'd feel a lot better about the whole thing
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177000
2000
E quindi mi sentirei molto più a mio agio
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if we could somehow show
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2000
se potessimo dimostrare in qualche modo
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that an everyday object
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181000
2000
che anche gli oggetti di uso quotidiano
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also follows quantum mechanics.
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2000
seguono le leggi della meccanica quantistica.
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So a few years ago, I set off to do just that.
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185000
3000
E così alcuni anni fa ho cominciato a lavorarci sopra.
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So I made one.
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188000
3000
E ne ho costruito uno.
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This is the first object
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2000
Questo è il primo oggetto
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that you can see
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193000
2000
reale con cui abbiamo
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that has been in a mechanical quantum superposition.
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195000
3000
sperimentato il principio di sovrapposizione della meccanica quantistica.
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So what we're looking at here
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198000
2000
Ora, quello che stiamo guardando
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is a tiny computer chip.
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200000
2000
è un piccolo chip per computer.
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And you can sort of see this green dot right in the middle.
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202000
3000
Potete vedere questo piccolo cerchio verde nel mezzo.
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And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
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205000
3000
Ed è di questo piccolo pezzo di metallo che voglio parlare brevemente.
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This is a photograph of the object.
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208000
2000
Questa è una fotografia dell'oggetto.
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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
Questo è un ingrandimento. Osserviamo proprio qui nel centro.
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And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
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213000
3000
E questo è un ulteriore ingrandimento di quel pezzettino di metallo.
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So what we're looking at is a little chunk of metal,
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216000
2000
Quello che vediamo è un pezzettino di metallo
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and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
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218000
3000
a forma di trampolino da piscina, ancorato su un bordo.
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And so I made this thing
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221000
2000
L'ho costruito
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in nearly the same way as you make a computer chip.
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223000
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più o meno come si costruisce un chip per computer.
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I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
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225000
3000
Sono entrato in una stanza asettica con un wafer di silicio,
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and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
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228000
3000
e poi ho messo in funzione tutti i macchinari per un centinaio di ore.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
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231000
2000
Come ultima cosa, ho dovuto costruire il mio macchinario...
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to make this swimming pool-shaped hole
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233000
3000
per ottenere questo foro a forma di piscina
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underneath the device.
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236000
2000
sotto il dispositivo.
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This device has the ability
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238000
2000
Il dispositivo ha la capacità
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to be in a quantum superposition,
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240000
2000
di sovrapposizione quantistica,
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but it needs a little help to do it.
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242000
2000
ma ha bisogno di un piccolo aiuto per riuscirci.
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Here, let me give you an analogy.
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244000
2000
Ora, lasciatemi fare un'analogia.
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You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
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246000
3000
Avete presente quanto sia scomodo stare in un ascensore pieno di persone?
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I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
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249000
3000
Voglio dire, quando sto da solo in ascensore faccio un sacco di cose strane,
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but then other people get on board
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252000
2000
ma poi salgono altre persone
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and I stop doing those things
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254000
2000
e la smetto
04:31
because I don't want to bother them,
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256000
2000
perché non voglio infastidirle,
04:33
or, frankly, scare them.
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258000
3000
o, per dirla tutta, spaventarle.
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So quantum mechanics says
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261000
2000
Quindi quello che ci dice la meccanica quantistica
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that inanimate objects feel the same way.
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263000
3000
è che gli oggetti inanimati hanno il mio tipo di reazione.
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The fellow passengers for inanimate objects
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266000
2000
Per loro gli altri passeggeri
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are not just people,
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268000
2000
non sono solo le persone,
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but it's also the light shining on it
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270000
2000
ma anche la luce che li colpisce,
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
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272000
3000
e il vento che li lambisce e il calore della stanza.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
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275000
2000
E sappiamo che se vogliamo vedere
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this piece of metal behave quantum mechanically,
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277000
3000
questo pezzetto di metallo comportarsi secondo la meccanica quantistica,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
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280000
2000
dobbiamo far uscire tutti gli altri passeggeri.
04:57
And so that's what we did.
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282000
2000
Ed è quello che abbiamo fatto.
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We turned off the lights,
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284000
2000
Abbiamo spento le luci,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
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286000
2000
poi l'abbiamo sistemato in un contenitore da cui abbiamo tolto l'aria,
05:03
and then we cooled it down
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288000
2000
e quindi l'abbiamo raffeddato
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
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290000
2000
ad una temperatura prossima allo zero assoluto.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Ora, tutto solo nell'ascensore,
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the little chunk of metal is free to act however it wanted.
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294000
2000
il nostro pezzettino di metallo è libero di comportarsi come gli pare.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
Allora abbiamo misurato il suo moto.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Abbiamo scoperto che si stava muovendo in un modo davvero strano.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Invece di stare perfettamente fermo, stava vibrando.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
E il modo in cui vibrava era qualcosa di simile a un respiro...
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
come il dilatarsi e il restringersi di un mantice
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And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
E dandogli un colpetto,
05:25
we were able to make it both vibrate
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310000
2000
eravamo in grado di farlo sia vibrare
05:27
and not vibrate
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312000
2000
che cessare di vibrare
05:29
at the same time --
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314000
2000
nello stesso momento...
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something that's only allowed with quantum mechanics.
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316000
3000
qualcosa che è possibile solo nella meccanica quantistica.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Quindi quello che vi sto dicendo è qualcosa di davvero fantastico.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Cosa vuol dire che un oggetto
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to be both vibrating and not vibrating
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324000
2000
possa vibrare e non vibrare
05:41
at the same time?
129
326000
2000
allo stesso tempo?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Pensiamo agli atomi.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Questo caso:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
tutti i trilioni di atomi che compongono quel pezzo di metallo
05:50
are sitting still
133
335000
2000
se ne stanno fermi
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
e allo stesso tempo quegli atomi
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
si muovono su e giù.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Rimangono allineati solo in alcuni momenti specifici.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
Per il resto del tempo sono delocalizzati.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Questo significa che ogni singolo atomo
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
si trova in due posti diversi nello stesso momento,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
che per estensione vuol dire che l'intero pezzo di metallo
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
si trova al contempo in due luoghi diversi.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Penso che sia una vera ficata.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Risate)
06:14
Really.
144
359000
2000
Davvero.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Applausi)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
E' valsa la pena rinchiudermi per anni in una stanza asettica a provare e riprovare.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Perché, sentite questa,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
la differenza di scala
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between a single atom and that chunk of metal
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tra un singolo atomo e quel pezzo di metallo
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is about the same as the difference
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è all'incirca la stessa
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between that chunk of metal and you.
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che c'é tra quel pezzo di metallo e una persona.
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So if a single atom can be in two different places at the same time,
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E quindi se un atomo può trovarsi in due posti diversi nello stesso momento,
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that chunk of metal can be in two different places,
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e questo pezzo di metallo può essere in due posti diversi,
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then why not you?
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allora perché non voi?
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I mean, this is just my logical side talking.
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Cioè, questo è ciò che mi dice la mia parte logica.
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So imagine if you're in multiple places at the same time,
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Provate ad immaginare di essere in tanti posti nello stesso momento,
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what would that be like?
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come vi sentireste?
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How would your consciousness
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Come farebbe la vostra coscienza
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handle your body being delocalized in space?
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a reagire al fatto che il vostro corpo è delocalizzato nello spazio?
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There's one more part to the story.
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C'é ancora un altro capitolo nella nostra storia.
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It's when we warmed it up,
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Quando lo abbiamo riscaldato,
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and we turned on the lights and looked inside the box,
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e poi acceso le luci e guardato nel contenitore,
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we saw that the piece metal was still there in one piece.
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abbiamo visto che il pezzo di metallo si trovava ancora lì, integro.
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And so I had to develop this new intuition,
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E allora il mio intuito mi ha suggerito che
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that it seems like all the objects in the elevator
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tutti gli oggetti presenti nell'ascensore
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are really just quantum objects
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sono semplicemente degli oggetti quantistici
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just crammed into a tiny space.
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stipati in un piccolo spazio.
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You hear a lot of talk
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Avrete sentito molto parlare
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about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
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di come, secondo la meccanica quantistica, tutte le cose siano interconnesse.
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Well, that's not quite right.
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Beh, non è del tutto corretto;
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It's more than that; it's deeper.
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è più di questo, ed è molto più profondo.
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It's that those connections,
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Perché tutte quelle connessioni,
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your connections to all the things around you,
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le vostre connessioni con tutto ciò che vi circonda,
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literally define who you are,
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definiscono letteralmente chi siete voi.
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and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
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Ed è questo il mistero più profondo della meccanica quantistica.
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Thank you.
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Grazie a tutti.
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(Applause)
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(Applausi)
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