TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Retirar sentido de um objecto quântico visível
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
Os físicos estão habituados à ideia de que as partículas subatómicas se comportam de acordo com as regras bizarras da mecânica quântica, completamente diferentes das que se aplicam aos objectos à escala humana. Numa experiência inovadora, Aaron O'Connell conseguiu esbater aquela distinção, criando um objecto que é visível à vista desarmada, mas comprovadamente em dois lugares ao mesmo tempo. Nesta palestra ele sugere uma maneira intrigante de pensar sobre aquele resultado.
Aaron O'Connell - Physicist
Aaron O'Connell is the first person to experimentally induce and measure quantum effects in the motion of a humanmade object, bridging the quantum and classical worlds. Full bio
Aaron O'Connell is the first person to experimentally induce and measure quantum effects in the motion of a humanmade object, bridging the quantum and classical worlds. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
This is a representation of your brain,
0
0
3000
Isto é uma representação do vosso cérebro.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
E o vosso cérebro pode ser dividido em duas partes.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
Há a metade esquerda, que é o lado lógico,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
e depois a metade direita,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
que é o lado intuitivo.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
E assim, se tivéssemos uma escala para medir a capacidade de cada hemisfério,
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
poderíamos representar graficamente o nosso cérebro.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
Por exemplo, isto seria alguém completamente lógico.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
Isto seria alguém inteiramente intuitivo.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
Onde é que vocês colocariam o vosso cérebro nesta escala?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Alguns de nós podemos ter optado por um destes extremos,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
mas penso que para a maioria das pessoas do público
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
o cérebro é qualquer coisa como isto --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
com grande capacidade simultaneamente em ambos os hemisférios.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
É que eles não se excluem mutuamente, nem nada.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Pode-se ser lógico e intuitivo.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
Pessoalmente, considero-me uma dessas pessoas,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
tal como a maior parte dos outros físicos quânticos experimentais,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
que necessitam de uma boa quantidade de lógica
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
para encadear estas ideias complexas.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Mas, ao mesmo tempo, precisamos de uma boa quantidade de intuição
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
para conseguirmos que as experiências resultem.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Como é que desenvolvemos esta intuição? Bem, gostamos de brincar com as coisas.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Por isso, vamos e brincamos, e vemos como aquilo se comporta.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
E então desenvolvemos a nossa intuição a partir daí.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
E na realidade vocês fazem o mesmo.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
Uma intuição
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
que vocês podem ter desenvolvido ao longo dos anos
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
é a de que uma coisa num determinado momento só pode estar num sítio.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Quero dizer, pode parecer estranho pensar
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
que uma coisa está em dois lugares diferentes ao mesmo tempo,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
mas vocês não nasceram com esta noção, desenvolveram-na.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
Lembro-me de ver uma criança a brincar numa barreira de cimento.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
Era praticamente um bebé, estava a aprender a andar e caía constantemente.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
Mas aposto que brincar com aquela barreira ensinou-lhe uma lição valiosa --
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
que aquelas coisas grandes não nos deixam passar para o outro lado,
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
e que ficam num só sítio.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
E este é um grande modelo conceptual para se ter do mundo,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
a menos que se seja um físico de partículas.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
Seria um modelo terrível para qualquer físico de partículas,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
porque eles não brincam com barreiras de cimento,
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
eles brincam com estas particulazinhas bizarras.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
E quando brincam com as suas partículas,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
descobrem que elas fazem todo o tipo de coisas estranhas --
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
conseguem voar através de paredes,
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
ou podem estar em dois locais diferentes ao mesmo tempo.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
E então anotaram todas estas observações,
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
e chamaram-lhes a Teoria da Mecânica Quântica.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
E era onde a física se encontrava há poucos anos atrás:
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
era necessária a mecânica quântica
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
para descrever partículas muito, muito pequeninas.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Mas não era necessária
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
para descrever os objectos grandes que nos rodeiam no dia-a-dia.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Isto não se encaixava bem com a minha intuição,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
e talvez isso aconteça porque eu não brinco com partículas frequentemente.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Bem, brinco com elas às vezes,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
mas não muito frequentemente.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
E nunca as vi.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
Quero dizer, nunca ninguém viu uma partícula.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
Mas também não se encaixava bem com o meu lado lógico.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Porque se tudo é feito de pequenas partículas
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
e todas as pequenas partículas
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
seguem a mecânica quântica,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
então não deveria tudo seguir a mecânica quântica?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
Não vejo nenhuma razão para isso não acontecer.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
Por isso sentir-me-ia muito melhor com tudo isto
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
se pudéssemos mostrar, de algum modo,
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
que um objecto de todos os dias
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
também obedece à mecânica quântica.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Por isso, aqui há uns anos, propus-me fazer exactamente isso.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
E fiz um.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
Este é o primeiro objecto
03:28
that you can see
72
193000
2000
que vocês podem ver
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
que esteve numa superposição de mecânica quântica.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
Isto que estamos a ver aqui
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
é um minúsculo chip de computador.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
E consegue-se ver como que um ponto verde no meio.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
E é desta peça de metal que vos vou falar dentro de um minuto.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Isto é uma fotografia do objecto.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
E aqui vou aproximar um pouco mais. Olhamos mesmo para o centro.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
E, a seguir, aqui está um grande grande plano da pequena peça de metal.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
Aquilo para que estamos a olhar é um pequeno pedaço de metal,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
que tem a forma de uma prancha, e sai mais de uma borda.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
E, então, eu fiz isto
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
aproximadamente da mesma maneira como se faz um chip de computador.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Fui para uma sala limpa com uma pastilha de silício fresca,
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
e depois embrenhei-me em todas as máquinas grandes durante cerca de 100 horas.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
Para a última operação tive de construir a minha própria máquina --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
para fazer este buraco com a forma de uma piscina
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
por baixo do aparelho.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Este aparelho tem a capacidade
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
de estar numa superposição quântica,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
mas para isso precisa de uma pequena ajuda.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Aqui, deixem-me dar-vos uma analogia.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Vocês sabem como é desconfortável estar num elevador apinhado?
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Quero dizer, quando estou sozinho no elevador, faço todo o tipo de coisas estranhas,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
mas quando entram outras pessoas
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
eu paro de fazer essas coisas,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
porque não quero incomodar os outros,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
ou, francamente, assustá-los.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
Bom, a mecânica quântica diz
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
que os objectos inanimados sentem o mesmo.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Os outros passageiros dos objectos inanimados
04:43
are not just people,
103
268000
2000
não são apenas pessoas,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
mas é também a luz a incidir sobre o objecto,
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
e o vento a soprar sobre ele e o calor da sala.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
E portanto sabíamos, se queríamos ver
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
esta peça de metal a comportar-se de acordo com a mecânica quântica,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
tínhamos que expulsar todos os outros passageiros.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
E, portanto, fizemos o seguinte:
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
apagámos as luzes,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
colocámos o objecto no vácuo e retirámos todo o ar,
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
e depois arrefecemo-lo
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
até uma fracção de um grau acima do zero absoluto.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Agora, completamente sozinho no elevador,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
o pequeno pedaço de metal está livre para se comportar como lhe apetecer.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
E, então, medimos o seu movimento.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Descobrimos que estava a mover-se de formas realmente estranhas.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Em vez de ficar perfeitamente imóvel, estava a vibrar.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
E a forma como vibrava era como uma respiração assim --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
como a expansão e contracção de um fole.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
E, dando-lhe um ligeiro toque,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
conseguimos fazê-lo vibrar
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
e não vibrar
05:29
at the same time --
124
314000
2000
simultaneamente --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
algo que só é permitido em mecânica quântica.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Portanto, o que vos estou aqui a contar é uma coisa verdadeiramente fantástica.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Qual é o significado de uma coisa
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
vibrar e não vibrar
05:41
at the same time?
129
326000
2000
simultaneamente?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Vamos pensar nos átomos.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Um caso:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
todos os biliões de átomos que constituem aquele pedaço de metal
05:50
are sitting still
133
335000
2000
estão completamente parados
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
e ao mesmo tempo aqueles mesmos átomos
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
estão a mover-se para cima e para baixo.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Agora só se alinham em momentos precisos.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
O resto do tempo estão deslocalizados.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Isso significa que todos os átomos
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
estão em dois lugares diferentes ao mesmo tempo,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
o que significa que o pedaço de metal, todo ele,
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
está em dois lugares diferentes.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Eu acho isto muito fixe.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Risos)
06:14
Really.
144
359000
2000
Realmente.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Aplausos)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Valeu a pena fechar-me todos aqueles anos numa sala limpa para conseguir isto.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Porque, vejam bem,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
a diferença de escala
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
entre um único átomo e aquele pedaço de metal
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
é praticamente a mesma que a diferença
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
entre aquele pedaço de metal e vocês.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
Assim, se um único átomo pode estar em dois locais diferentes ao mesmo tempo,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
se aquele pedaço de metal pode estar em dois locais diferentes,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
então porque não podem vocês?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
Quero dizer, isto é apenas o meu lado lógico a falar.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
Então imaginem se estivessem em múltiplos lugares ao mesmo tempo,
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
como seria?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Como é que a vossa consciência
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
lidaria com o vosso corpo deslocalizado no espaço?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Há ainda mais uma parte nesta história.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
Foi quando aquecemos aquilo,
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
e acendemos as luzes e olhámos para dentro da caixa,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
vimos que aquela peça de metal estava ali imóvel, inteira.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
E portanto tive que desenvolver esta nova intuição,
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
de que aparentemente todos os objectos no elevador
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
são realmente objectos quânticos
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
apinhados num pequeno espaço.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Ouve-se muita conversa
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
sobre como a mecânica quântica diz que tudo está interligado.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
Bem, isso não é inteiramente correcto;
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
é mais do que isso, é mais profundo.
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
É que essas ligações,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
as vossas ligações com tudo o que vos rodeia,
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
literalmente definem quem vocês são.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
E é essa a profunda estranheza da mecânica quântica.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Obrigado.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Aaron O'Connell - PhysicistAaron O'Connell is the first person to experimentally induce and measure quantum effects in the motion of a humanmade object, bridging the quantum and classical worlds.
Why you should listen
Growing up reading philosophy, playing guitar, and generally not thinking about science, Aaron O’Connell never expected to revolutionize the world of physics. But an inspiring stuffed-monkey-shot-from-a-cannon demonstration and a series of positive research experiences as an undergraduate propelled him to graduate school at UCSB.
While there, in an experiment remarkable both for its conceptual simplicity and technical difficulty, O’Connell was the first person to measure quantum effects in an object large enough to see with the naked eye. Named Breakthrough of the year by Science Magazine, the experiment shattered the previous record for the largest quantum object, showing decisively that there is no hard line between the quantum and everyday worlds.
Aaron O'Connell | Speaker | TED.com