TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
آرون أوكونيل: توضيح مرئي لميكانيكا الكم
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
ان الفيزيائين يقولون ان ميكانيكا الكم تنطبق على الجزئيات متناهية الصغر فحسب دون الكبيرة منها .. ولكن بعرض مميز آرون أوكونيل يشرح كيف ان هذا غير صحيح ويشرح لنا كيف يمكن لجسيم معدني ان يتواجد في مكانين في آن واحد .. و يخرج بفكرة تكالمية الكون فيما بينه
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
هذه الصورة تمثل الدماغ
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
ان الدماغ مقسوم الى قسمين
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
القسم الايسر هو القسم المنطقي
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
والقسم الايمن
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
هو القسم البديهي
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
وان استطعنا ان نقيس " تجاوب " القسمين
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
يمكننا ان نصنف نوع الدماغ
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
فهذا على سبيل المثال دماغ شخص منطقي تماماً
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
وهذا دماغ شخص بديهي تماماً
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
برأيك ما هو تقييم دماغك ؟
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
صحيح ان البعض يكون أحادي الدماغ
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
ولكن معظم الاشخاص .. بمن فيهم الحضور
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
يملكون دماغاً كهذا ..
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
لديه فعالية في كلا القسمين في ذات الوقت
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
فالامر ليس ان تكون اما منطقياً .. او بديهياً
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
فانت يمكن ان تكون الاثنين
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
وانا اعتبر نفسي من هذه الفئة
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
فانا و " فيزائي الكم التجريبيين "
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
نحتاج كماً جيداً من المنطق
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
لكي نستطيع ان نجول بين الافكار المعقدة
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
ولكن في ذات الوقت فنحن نحتاج كماً جيداً من البداهة
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
لكي ننجح في تجاربنا
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
وكيف يمكن ان نطور البداهة ؟؟ حسناً يتم ذلك عن طريق " اللهو " بالاشياء والمعادلات والافكار
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
لذا نحن نخرج خارج نطاق العمل .. ونلعب بالاشياء .. وندقق كيف تتجاوب مع ذلك
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
ومن ثم نطور بداهتنا على هذا النحو
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
وانتم تقومون بنفس الامر ايضا
01:22
So some intuition
26
67000
2000
من بعض الامور البديهية
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
التي نعلمها جميعاً على مدى سنوات
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
هي ان الشيء لا يتواجد الا في مكان واحد في لحظة زمنية ما
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
اعني انه من الغرابة ان نتخيل
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
فكرة ان يتواجد امرين في مكانين بذات الوقت
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
ولكننا لم نولد بهذه " البديهية " نحن تعلمناها
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
اذكر اني شاهدت طفلاً يلعب في مصف سيارات ..
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
كان يحاول ان يتجاوز عتبة المصف .. ولكنه كان يقع على الداوم
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
ولكن هذا الموقف علمه درساً اساسياً
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
هو ان الاشياء الكبيرة لا تسمح لك بالمرور عبرها
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
وتستقر في مكانها
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
وهذا مفهوم رائع للحياة
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
إلا اذا كنت فيزيائي جزيئات
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
فان ذلك لا ينطبق على فيزيائي الجزئيات
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
لانهم لا يلعبون في مواقف السيارات
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
انما يلعبون بالجزئيات الصغيرة الغريبة
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
وعندما يلعبون بتلك الجزئيات
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
يجدون الكثير من الاشياء الغريبة
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
مثل ايجاد القدرة على الطيران واختراق الجدران
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
او ان يتواجدوا في مكانين في نفس اللحظة الزمنية
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
وقد كتبوا كل تلك الملاحظات الناتجة عن مراقبة الجزئيات
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
واطلقوا على ذلك مسمى " نظرية ميكانيكا الكم "
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
وهكذا غدت الامور منذ بضع سنوات
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
اصبحت تحتاج ميكانيكا الكم
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
لكي تصف الجزئيات الصغيرة
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
ولكنك لا تحتاجها لكي تصف
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
الاجسام الكبير .. والاشياء التي تحيط بنا
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
ولكن هذه المعلومات لم تتوافق مع " بديهتي "
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
وربما حدث ذلك لانني لا ألعب عادة بالجزئيات الصغيرة
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
انا ألعب بهم احيانا ..
02:47
but not very often.
56
152000
2000
ولكن ليس عادة
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
انا لم آراهم
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
أعني لم يرى أحدهم الجزئيات الصغيرة من قبل
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
ولكن ذلك أيضاً لم يتوافق مع " منطقيتي "
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
لانه إن كان كل شيء مصنوع من الجزئيات الصغيرة
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
وكل الجزئيات الصغيرة
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
تتبع لميكانيكا الكم
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
إذاً الا يجب ان تنطبق ميكانيكا الكم على كل شيء ؟
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
انا لا ارى سبب يمنع هذا
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
لذا أردت أن أعيد النظر في الامر كله
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
وان احاول ان ابرهن بصورة ما
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
ان كل شيء من حولنا
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
يتبع أيضاً ميكانيكا الكم
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
لذا من سنوات عدة بدأت بهذا المشروع
03:23
So I made one.
70
188000
3000
لقد صنعت
03:26
This is the first object
71
191000
2000
اول مجسم
03:28
that you can see
72
193000
2000
يمكنك ان ترى فيه نظرية ميكانيكا الكم
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
والتموضع بحسبها
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
ان ما تنظرون اليه
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
هو رقاقة حاسوب صغيرة
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
يمكنكم ان تروا النقطة الخضراء في المنتصف
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
وهذه هي قطعة معدنية سأحدثكم عنها خلال دقائق
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
هذه هي صورة للمجسم
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
سوف اقرب لكم الصورة قليلاً .. انتم تنظرون الى المنتصف تحديداً
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
وهذه صورة مقربة جداً لقطعة المعدن تلك
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
وما تنظرون اليه هو قطعة معدنية
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
انها مُشكّلة كما عنفة الغوص وهي موضوعة على الحافة
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
لقد صنعت هذا الجهاز
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
بصورة تشابه طريقة صناعة رقائق الكمبيوتر
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
فاستخدمت الغرف النظيفة .. ورقاقة سيلكون جديدة
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
ومن ثم ادخلتها في هذه الاجهزة الكبيرة لمدة 100 ساعة
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
ومن اجل مخططي كان يجب ان أبنى آلتي الخاصة
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
لكي اصنع ما يشابه حوض سباحة
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
اسفل الجهاز
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
ان هذا الجهاز لديه القدرة
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
على ان يمثل " التموضع الكمي "
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
ولكنه يحتاج مساعدة للقيام بذلك
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
دعوني اوضح ذلك
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
هل تعلمون كم هو مزعج الشعور عندما تركبون مصعد مزدحم
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
اعني .. عن نفسي .. عندما اركب مصعد وحدي .. فاني اقوم بأشياء " غريبة "
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
ولكن عندما يدخل اشخاص آخرين الى المصعد
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
اتوقف عن تلك الاشياء
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
لانني لا اريد ان ازعجهم
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
او بتعبير آخر .. إخافتهم
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
ان ميكانيكا الكم تقول
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
ان العناصر الدقيقة المتناهية في الصغر تتصرف بنفس الشاكلة
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
ان ما يحيط بالجزئيات
04:43
are not just people,
103
268000
2000
ليس أشخاصاً
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
بل الانارة .
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
والهواء الذي يرتطم بها . والحرارة المحيطة
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
وكما نعلم ان اردنا
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
ان نجعل قطعة المعدن
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
لذا قررنا ان نبعد كل هؤلاء " الركاب "
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
وهذا ما قمنا به
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
ابعدنا الانارة ..
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
وقمنا بسحب الهواء
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
وتبريد الجهاز
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
الى درجة واحدة فوق الصفر المطلق
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
والآن أصبح المجسم .. وحيداً في المصعد
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
وهي حرة لكي تتصرف كما تريد
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
وكنا نريد ان نقيس حركتها .
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
ووجدنا انها تتحرك بصورة غريبة
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
بدلاً من ان تتوقف عن الحركة .. انها تهتز
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
وكانت تهتز كما لو انها تتنفس .. هكذا
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
كما لو كانت وسادة مضغوطة تنتفخ تباعاً
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
وبهز الجهاز قليلاً
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
كنا على استطاعة بان نجعل الجسيم يهتز
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
ولا يهتز
05:29
at the same time --
124
314000
2000
في وقت واحد !
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
شيء يمكن القيام به فحسب في ميكانيكا الكم
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
وانا اخبركم انه امرٌ رائع جداً
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
ولكن ماذا يعني
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
أن يهتز الجسيم .. ولا يهتز
05:41
at the same time?
129
326000
2000
في وقت واحد
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
دعونا نذهب الى الذرات
05:45
So in one case:
131
330000
2000
من جهة ..
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
هناك ترليون ذرة قد شكلت الجسيم المعدني هذا
05:50
are sitting still
133
335000
2000
وهي ثابتة
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
ولكن في نفس الوقت هذه الذرات
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
تتحرك الى الاعلى والاسفل
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
وفي اوقات متناهية في الصغر يتواكب الامرين
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
ولكن في باقي الوقت يحدث " عدم تموضع "
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
وهذا يعني ان كل ذرة
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
موجودة في مكانين مختلفين في وقت واحد
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
وهذا يعني ان الجسيم المعدني
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
موجود في مكانين في وقت واحد
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
أليس هذا رائعاً
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(ضحك)
06:14
Really.
144
359000
2000
حقاً
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(تصفيق)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
لقد كان الامر يستحق كل السنوات التي قضيتها في غرف التعقيم من اجل هذا
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
لانه .. وتبعاً لهذا
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
وعلى نطاق مختلف
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
من الذرة و الجسيم المعدني
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
واختلافهم بين الحجم و الوزن
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
ان قطعة المعدن تلك تمثل نفس الشيء مقارنة بك
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
لذا ان كانت الذرة تستطيع ان تتواجد في مكانين في ذات الوقت
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
والقطعة المعدنية تستطيع ان تتواجد في مكانين في ذات الوقت
06:40
then why not you?
154
385000
2000
إذا لم لا تستطيع أنت أيضاً ؟
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
اعني أليس هذا منطقي !
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
تخيل ان تكون في مكانين في ذات الوقت
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
كيف سيبدو ذلك لك ..
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
كيف سيتعامل عقلك الواعي
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
مع " التموضع المختلف في الفضاء "
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
وهناك تكملة للقصة ..
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
عندما قمنا برفع درجة الحرارة
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
وبدانا باعادة الانوار الى داخل الصندوق
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
وجدنا ان القطعة المعدنية بقيت كما هي دون تغيير
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
ومن هنا كان علي ان أعي بديهية تنص على ان
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
كل العناصر المحيطة في "المصعد "
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
هي في الحقيقة عناصر تابعة ل " ميكانيكا الكم "
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
وقد حشرت في حيز ضيق جداً
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
الجميع يسمع الكثير من الافكار
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
كيف ان ميكانيكا الكم تنص على ان شي " متكامل / مترابط " مع بعضه البعض
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
ولكن الامر في الحقيقة ..
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
اعمق من هذا بكثير ..
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
ان هذه الصلات ...
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
صلاتك بالامور من حولك
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
هي في الحقيقة التي تحدد ماهيتك ( من أنت )
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
وهذا هو محور الغرابة في ميكانيكا الكم
07:41
Thank you.
176
446000
2000
شكراً جزيلاً
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(تصفيق)
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