TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
アーロン・オコンネル：目に見える量子物体を理解する
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
物理学者は素粒子が通常の物体とは全く異なり、奇抜な量子力学の法則に従って振る舞うという考えに慣れています。アーロン・オコンネルは画期的な実験によって、肉眼で確認ができ、二つの場所に同時に存在することが実証可能な物体を作り、そのような区別を曖昧にさせました。本トークではその結果に対して興味深い考察を紹介します。
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
これは脳を表しています
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
脳は二つの部分に分けられます
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
左半分は論理を司り
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
右半分は
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
直感を担当します
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
左右の脳半球の能力を示す基準があれば
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
脳を図に表すことが可能です
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
例えばこの場合 完全に論理的な人を表します
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
この場合は完全に直感的な人でしょう
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
皆さんの脳はどの位置でしょうか
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
極端なパターンの人もいるかもしれませんが
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
皆さんの脳は大抵
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
こんな風に
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
同時に両半球で高い能力を持っていると思います
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
双方相容れない訳でなく
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
論理的且つ直感的になれるのです
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
私もこの分類に入ると思っています
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
他の実験量子物理学者の多くもそうです
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
量子物理の複雑な考えをまとめる
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
論理性が必要である一方
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
実験を成功させるための
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
かなりの直感が必要なのです
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
どう直感を培えばよいでしょうか？ まずは試してみるのです
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
試しにいろいろやってみて その結果を見てみます
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
そこから直感を培っていくのです
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
皆さんも同じ事をしています
01:22
So some intuition
26
67000
2000
何年もかけて
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
皆さんが培ってきた直感の一つは
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
一つの物は 同時に二つの場所に存在しないということです
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
一つの物が 同時に二つの異なる場所に
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
存在するというのは 奇妙に感じるでしょう
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
これは生まれもった概念ではなく 培ってきたものです
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
子供が車止めの上で遊んでいるのを見たことを思い出します
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
よちよち歩きの幼児で よく落ちていました
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
でも車止めで遊んで あの子は貴重なことを学んだと思います
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
それは 大きい物体は自分を通り抜けることはせず
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
一つの場所にとどまるということです
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
これは世界の概念として優れたモデルです
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
でも素粒子物理学者の観点では
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
ひどいモデルです
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
彼らの対象は車止めでなく
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
素粒子という奇妙なものだからです
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
素粒子を扱ってみると それが
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
本当に奇妙なことをすることを知りました
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
壁を通り抜けたり
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
二つの異なる場所に同時に存在するのです
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
このような観測内容はまとめられ
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
量子力学理論と名付けられました
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
それが数年前の頃の物理学でした
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
極めて小さな素粒子の説明には
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
量子力学が必要です
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
でも私たちの周囲にある
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
普通の大きさの物体の説明には必要ありません
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
これは私の直感に しっくりきませんでしたが
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
普段から 素粒子を扱わないからかもしれません
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
たまに扱うこともありますが
02:47
but not very often.
56
152000
2000
めったにありません
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
それに見たこともありません
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
そもそも素粒子を見た人は誰もいません
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
さらに 論理的にもしっくりきませんでした
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
もし全ての物体が素粒子で構成され
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
素粒子は
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
量子力学に従うのであれば
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
全ての物体も量子力学に従うのではないでしょうか？
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
そうならない理由を見出すことができません
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
もし 通常の物体も
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
量子力学に従うことを
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
何とか証明できれば全てが
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
納得できると考えました
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
そして数年前 その取り組みに着手しました
03:23
So I made one.
70
188000
3000
そして一つ作ってみたのです
03:26
This is the first object
71
191000
2000
これが機械的に
03:28
that you can see
72
193000
2000
量子重ね合わせ状態になった
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
肉眼で見える初めての物体です
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
今見ているのは
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
小さなコンピュータチップです
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
真ん中に緑の点が見えます
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
これはこの後説明する金属片です
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
これが物体の写真になります
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
ここを少し拡大してみます あの中心を見ています
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
これが小さな金属片を拡大した時のものです
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
今見ているのは小さな金属の塊で
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
ダイビング・ボードのような出っ張った形をしています
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
コンピュータチップを作るのと
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
同じ方法でこれを作りました
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
新しいシリコンウェハーと共に クリーンルームの中で
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
100時間程 様々な巨大な機械を使い製作します
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
最後の工程では 装置の下の
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
水泳プールの形をした穴を作るために
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
機械を自作する必要がありました
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
この装置は
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
量子重ね合わせ状態になる機能がありますが
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
少し手助けが必要です
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
ここである例えを紹介します
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
混んでいるエレベーターの中の不快さを想像してみてください
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
エレベーターに私一人なら 変なことをしたりするのですが
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
他の乗客が入ってくると
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
そういうことはやめます
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
他の人の迷惑になりたくないですし
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
怖がらせたくありません
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
量子力学的には
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
無生物もそう思うようです
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
乗客としての無生物は
04:43
are not just people,
103
268000
2000
人だけでなく
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
差し込む光だったり
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
吹き抜ける風や室内の熱だったりします
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
ですから この金属片が
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
量子力学的に振る舞うのを見るには 乗客を全て
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
降ろす必要があると分かっていたので
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
そうしました
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
明かりを消して
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
吸引機で全ての空気を除去し
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
絶対零度付近の温度まで
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
冷やしました
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
エレベーターに残されたこの小さな金属片は
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
これで自由に振る舞う事が可能です
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
そこでその挙動を測定してみると
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
非常に奇妙な動きをしていました
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
完全に静止する代わりに 振動していたのです
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
振動はまるで呼吸のように
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
肺が拡大 縮小をしているようでした
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
そして軽く押してみると
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
金属片に振動と無振動を
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
同時に行わせることが
05:29
at the same time --
124
314000
2000
出来たのです
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
それは量子力学においてのみあり得る動きです
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
ここでお話していることは本当に素晴らしいことです
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
一つの物体が
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
振動と無振動を同時に行うとは
05:41
at the same time?
129
326000
2000
どういった事でしょうか？
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
原子について考えてみましょう
05:45
So in one case:
131
330000
2000
例を出します
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
あの金属片を構成する無数の原子は
05:50
are sitting still
133
335000
2000
静止していますが
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
同時に
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
上下にも動いています
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
一列に並ぶのは一瞬だけで
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
それ以外の時は離れています
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
これが意味するのは 全ての原子が
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
同時に二つの異なる場所に存在し
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
すなわち 金属の塊は丸ごと二つの異なる場所に
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
存在しているということです
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
これは本当にスゴいことだと思います
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
（笑）
06:14
Really.
144
359000
2000
本当ですよ
06:16
(Applause)
145
361000
3000
（拍手）
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
何年もクリーンルームに閉じこもっていた甲斐がありました
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
と言うのも 聞いてください
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
一つの原子と
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
あの金属の塊との間の縮尺の違いは
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
あの金属の塊と皆さんとの
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
縮尺の違いと大体同じです
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
つまり一つの原子が同時に二つの異なる場所に存在できるなら
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
金属片も二つの異なる場所に存在できます
06:40
then why not you?
154
385000
2000
なら 皆さんにも可能では？
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
これは私の論理的な視点の意見です
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
自分が複数の場所に存在していたら
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
どうなるか想像してみてください
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
意識はどのようにして
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
空間の一ヶ所に存在しない体に対応するのでしょうか？
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
話にはもう一つ続きがあります
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
物体を暖め
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
明かりをつけ 箱の中を見たところ
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
金属片はまだそこに存在していました
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
そこで 新しい直感を形成する必要がありました
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
エレベーターの中の全ての物体は
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
実は紛れもない量子物体で
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
狭い空間にいるだけのようでした
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
量子力学上では
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
全ては相互に関連し合っていることをよく聞きます
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
しかし 全く正しいとは言えません
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
それだけの話ではなく もっと深いのです
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
周囲に存在する全ての物体と
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
皆さんとの関連性が
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
文字通り皆さんを定義するのです
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
それが量子力学のとても不思議な所なのです
07:41
Thank you.
176
446000
2000
ありがとうございました
07:43
(Applause)
177
448000
2000
（拍手）
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