TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Modele zjawisk kwantowych
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
Fizycy mają w zwyczaju mówić, że cząstki zachowują się zgodnie z dziwacznymi prawami mechaniki kwantowej, kompletnie innymi od praw, jakie rządzą przedmiotami we większej skali. W przełomowym eksperymencie, Aaron O'Connell pokonuje tę różnicę tworząc model, który jest widoczny gołym okiem, ale można udowodnić, że znajduje się w dwóch miejscach w tym samym czasie. Podczas swojego wystąpienia sugeruje intrygujący sposób myślenia o skutkach eksperymentu.
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
Oto obraz twojego mózgu.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
Może być podzielony na dwie części.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
Lewą, która jest połową logiczną,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
i prawą połowę,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
która jest intuicyjna.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
Jeśli mielibyśmy skalę mierzącą zdolność każdej półkuli,
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
moglibyśmy opisać nasz mózg.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
Na przykład, to byłby ktoś zupełnie logiczny.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
A to byłby ktoś całkowicie intuicyjny.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
Więc gdzie umieściłbyś swój mózg na tej skali?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Część z nas mogłaby się znaleźć na jednej ze skrajności,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
ale myślę, że większość widowni
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
ma mózg taki jak ten --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
z dużymi zdolnościami w obydwu półkulach jednocześnie.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
Nie jest powiedziane, że wzajemnie się wykluczają.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Możesz mieć zdolności logiczne i intuicyjne.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
Uważam się za jednego z tych ludzi,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
podobnie większość pozostałych fizyków zajmujących się eksperymentalną mechaniką kwantową,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
którzy potrzebują dużo umiejętności logicznych
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
aby zrozumieć wszystkie złożone prawa.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Ale jednocześnie, potrzebujemy dużo intuicji,
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
aby przeprowadzać eksperymenty.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Jak rozwijamy tę intuicję? Cóż, lubimy się z tym bawić.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Spotykamy się, i bawimy się z tym, i widzimy, w jaki sposób się zachowuje.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
Stąd bierzemy naszą intuicyjność.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
Wy też robicie to samo.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
Intuicja,
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
którą mogliście rozwijać przez lata mówi wam,
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
że każda rzecz, może być tylko w jednym miejscu w tym samym czasie.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Wiem, że brzmi trochę dziwnie, aby myśleć,
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
że jeden przedmiot może być w dwóch różnych miejscach w tym samym czasie,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
ale nie urodziliście się z tym poglądem, sami go rozwinęliście.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
Pamiętam przyglądanie się dzieciom bawiących się na parkingu.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
Był tam maluch, który cały czas się wywracał. Nie był za dobry w chodzeniu.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
Ale mogę się założyć, że lekcja na parkingu była bardzo wartościowa,
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
bo nauczyła go, że duże przedmioty nie pozwolą przejść przez siebie,
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
i że pozostają w tym samym miejscu.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
Jest to świetny pojęciowy model, aby zdobyć świat,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
chyba, że jesteś fizykiem cząsteczkowym.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
Byłby to okropny model dla fizyka cząsteczkowego,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
ponieważ oni nie bawią się z blokadą na samochody,
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
ale z małymi dziwnymi cząsteczkami.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
Kiedy to robią,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
dowiadują się, że mogą one robić najróżniejsze dziwne rzeczy --
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
mogą np. przenikać przez ściany,
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
lub mogą być w dwóch miejscach w tym samym czasie.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
Fizycy zapisali wszystkie swoje obserwacje,
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
i nazwali je teorią mechaniki kwantowej.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
W tym miejscu fizyka była kilka lat temu;
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
potrzebowałeś mechaniki kwantowej,
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
aby opisać małe, maleńkie cząsteczki.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Ale nie potrzebowałeś jej
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
do opisania dużych przedmiotów otaczających nas na co dzień.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
To nie pasowało mojej intuicji,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
może dlatego, że nie bawię się za często z cząsteczkami.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Robię to czasami,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
ale nie za często.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
Poza tym, nigdy ich nie widziałem.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
Nikt nigdy nie widział cząsteczki.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
Co więcej, nie współgrało to także z moją logiczną stroną.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Bo skoro wszystko składa się z małych cząsteczek,
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
a wszystkie cząsteczki
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
rządzą się mechaniką kwantową,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
to czyż wszystko nie powinno po prostu według niej funkcjonować?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
Nie widzę żadnego powodu, dlaczego nie.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
Czułbym się o wiele lepiej,
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
jeśli moglibyśmy w jakiś sposób pokazać,
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
że otaczające nas na co dzień przedmioty
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
również funkcjonują według praw mechaniki kwantowej.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Więc kilka lat temu, rozpocząłem pracę, aby tego dokonać.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
Udało mi się zrobić jeden projekt.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
Oto pierwszy przedmiot,
03:28
that you can see
72
193000
2000
który widzicie,
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
który zachowuje się według kwantowej zasady superpozycji.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
To co widzicie,
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
to maleńki chip komputerowy.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
Możecie zobaczyć swego rodzaju zieloną kropkę pośrodku.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
Jest to kawałek metalu, o którym będę mówił za minutę.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Oto fotografia tego przedmiotu.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
Tutaj jest trochę powiększone. Patrzymy dokładnie w sam środek.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
A tutaj jest bardzo, bardzo duże zbliżenie tego małego kawałka metalu.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
Widzimy mały kawałek metalu,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
który ma kształt trampoliny [używanej do skoków do wody], i wystaje on ponad krawędź.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
Wykonałem to
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
w bardzo podobny sposób, w jaki tworzy się chipy komputerowe.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Udałem się do czystego pomieszczenia z czystym waflem krzemowym,
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
po prostu operowałem wielkimi maszynami przez około 100 godzin.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
Do ostatniego etapu musiałem wykonać moją własną maszynę --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
aby wykonać otwór w kształcie basenu
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
pod spodem urządzenia.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
To urządzenie ma zdolność
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
bycia w kwantowej superpozycji,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
ale z drobną pomocą z naszej strony.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Pozwólcie, że dam wam analogię.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Z pewnością wiecie, jak niekomfortowo jest jechać w zatłoczonej windzie.
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Wiecie, kiedy jestem sam w windzie robię wiele dziwnych rzeczy,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
ale kiedy wchodzi ktoś inny,
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
przestaje je robić,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
bo nie chce go niepokoić,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
lub, szczerze, przestraszyć.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
Mechanika kwantowa mówi,
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
że martwe przedmioty czują w ten sam sposób.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Współpasażerami dla przedmiotów nieożywionych
04:43
are not just people,
103
268000
2000
są nie tylko ludzie:
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
jest nim światło nań padające,
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
wiejący wiatr, ciepło otoczenia.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
Wiemy, że jeśli chcemy zobaczyć
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
jak ten kawałek metalu zachowuje się według mechaniki kwantowej,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
musimy wyrzucić wszystkich innych pasażerów.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
Tak też zrobiliśmy.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Wyłączyliśmy światło,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
następnie podłączyliśmy pompę i odessaliśmy powietrze,
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
a potem ochłodziliśmy to
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
do ułamka stopnia powyżej zera absolutnego.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Wtedy, kawałek metalu, całkowicie sam we windzie
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
może zachowywać się, jak mu się podoba.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
Zbadaliśmy jego ruch.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Dowiedzieliśmy się, że porusza się on w bardzo dziwny sposób.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Zamiast leżeć nieruchomo, metal wibruje.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
Sposób, w jaki to robi, jest podobny do oddychania --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
jak rozszerzający się i kurczący miech.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
Delikatnie go szturchając
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
byliśmy w stanie doprowadzić, że zarazem wibrował
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
i nie wibrował
05:29
at the same time --
124
314000
2000
w tym samym czasie --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
coś takiego jest dozwolone tylko w mechanice kwantowej.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
To, o czym teraz wam opowiadam, jest czymś naprawdę niezwykłym.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Co to znaczy, że jedna rzecz
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
może zarazem wibrować i być nieruchomą
05:41
at the same time?
129
326000
2000
w tym samym czasie?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Pomyślmy o atomach.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Jeden przypadek:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
całe biliony atomów budujących ten kawałek metalu
05:50
are sitting still
133
335000
2000
pozostają w bezruchu,
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
i w tym samym czasie, te same atomy
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
poruszają się do góry i na dół.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Dzieje się tak tylko w ściśle określonym czasie, kiedy atomy się uszeregują.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
Przez resztę czasu, są one zdelokalizowane.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Oznacza to, że każdy atom
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
jest w dwóch różnych miejscach, w tym samym czasie,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
co z kolei oznacza, że cały kawałek metalu
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
jest w dwóch różnych miejscach.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Sądzę, że jest to naprawdę super.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Śmiech)
06:14
Really.
144
359000
2000
Naprawdę.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Brawa)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
To było warte mojego uwięzienia w sterylnym pokoju przez te lata.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Ponieważ, zauważ,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
że różnica w skali
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
pomiędzy pojedynczym atomem a kawałkiem metalu,
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
jest prawie taka sama, jak różnica
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
pomiędzy kawałkiem metalu a tobą samym.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
Więc jeśli pojedynczy atom może być w dwóch różnych miejscach na raz,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
jeśli kawałek metalu również może być w dwóch różnych miejscach,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
więc dlaczego nie ty?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
To jest tylko logiczna część mojego myślenia.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
Wyobraź sobie, jakby to wyglądało,
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
gdybyś był w dwóch miejscach w tym samym czasie?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Jak twoja świadomość
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
radziłaby sobie z ciałem zdelokalizowanym w przestrzeni?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Jest jeszcze jedna część tej historii.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
Bo kiedy ogrzaliśmy materiał,
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
włączyliśmy światła i popatrzyliśmy do środka,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
zobaczyliśmy, że metal jest nadal w jednym kawałku.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
Musiałem więc rozwinąć moją intuicję,
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
bo wygląda na to, że wszystkie przedmioty w windzie
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
są tak naprawdę obiektami kwantowymi,
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
stłoczonymi w małej przestrzeni.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Słyszeliście masę wypowiedzi,
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
mówiących jak mechanika kwantowa opisuje, że wszystko jest wzajemnie połączone.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
To nie do końca prawda;
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
tam jest coś więcej, głębiej ukryte.
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
Bo wszystkie połączenia,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
twoje połączenia z rzeczami dookoła ciebie,
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
dosłownie definiują, kim jesteś.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
To dogłębna dziwność mechaniki kwantowej.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Dziękuję.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(Brawa)
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