TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Ерън О'Конъл: Намиране на смисъл във видим квантов обект
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
Физиците са свикнали с идеята, че субатомните частици се държат според странните правила на квантовата механика, напълно различно от обектите, съезмерими с хората. В значим научен експеримент, Ерън О'Конъл размива това разграничение, като създава обект, който е видим с просто око, но може да се докаже, че е на две места по едно и също време. В този разговор той предлага интригуващ начин за разглеждане на резултата.
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
Това е изображение на мозъка.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
И той може да бъде разделен на две части.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
Има лява половина, която е логичната страна,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
и дясна половина,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
която е интуитивната.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
И така, ако имахме скала за измерване на възможностите на всяко
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
от полукълбата, тогава ще можем да изобразим графично нашия мозък.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
И например, това ще бъде някой, който е напълно логичен.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
Това ще бъде някой, който е напълно интуитивен.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
И така, къде бихте поставили мозъка си на такава скала?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Някои от нас може би ще изберат една от тези крайности,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
но мисля, че за повечето хора в публиката,
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
вашия мозък е нещо такова --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
с повишени способности в двете полукълба по едно и също време.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
Не че те са взаимно изключващи се или нещо подобно.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Може да бъдете логични и интуитивни.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
И така, аз считам себе си за един от тези хора,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
заедно с повечето от останалите експериментални квантови физици,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
които се нуждаят от известно количество логика,
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
за да навържат тези сложни идеи.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Но в същото време, ние се нуждаем от доста добра интуиция,
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
за да накараме експериментите да работят.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Как се развива тази интуиция? Ами ние обичаме да си играем с неща.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Играем си с тях и после виждаме как работят.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
И после развиваме интуицията си оттам.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
И наистина вие правите същото нещо.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
И така интуицията,
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
която може да сте развили през годините
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
е, че едно нещо е само на едно място в даден момент.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Искам да кажа, може да звучи странно да си мислите,
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
че едно нещо е на две различни места по едно и също време,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
но не сте родени с тази идея, вие сте я развили.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
И си спомням как гледах едно хлапе да играе с комплет колички.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
То беше прохождащо дете и не беше много добро в това, и постоянно падаше.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
Но съм сигурен, че играенето с този комплект с колички го научи наистина много ценен урок,
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
и това е, че големите неща не ви позволяват да преминавате през тях,
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
и че те остават на едно място.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
И така, това е страхотен концептуален модел за света,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
освен ако не сте физик на елементарните частици.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
Това ще бъде ужасен модел за физик на елементарните частици,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
защото те не си играят с колички,
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
те си играят с тези малки странни частици.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
И когато те си играят с техните частици,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
те откриват, че частиците правят най-различни наистина странни неща --
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
като например, че могат да летят право през стени,
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
или, че могат да бъдат на две различни места по едно и също време.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
И така, те записали всички тези наблюдения,
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
и нарекли това теория на квантовата механика.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
И така, това е, където физиката се намираше преди няколко години;
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
нуждаехме се от квантовата механика
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
за да опишем мъничките, малки частици.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Но не се нуждаехме от нея
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
за описанието на големите, всекидневните предмети около нас.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Това наистина не пасваше добре с моята интуиция,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
и това е, може би, просто защото не си играя с частици много често.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Е, играя си с тях понякога,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
но не много често.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
И никога не съм ги виждал.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
Искам да кажа, никой никога не е виждал частица.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
Но това не пасва добре с логическата ми страна също.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Защото, ако всичко се състои от малки частици,
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
и всички малки частици
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
следват квантовата механика,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
тогава не трябва ли всичко просто да следва квантовата механика?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
Не виждам никаква причина, поради която не трябва да е така.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
И така, щях да се почувствам много по-добре за цялото това нещо,
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
ако можехме по някакъв начин да покажем,
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
че всекидневен обект
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
също следва квантовата механика.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Така преди няколко години си поставих за цел да направя точно това.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
И създадох един предмет.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
Това е първият обект,
03:28
that you can see
72
193000
2000
който можете да видите,
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
който следва суперпозицията на квантовата механика.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
И така това, което виждаме тук
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
е малък компютърен чип.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
И може да видите тази зелена точка по средата.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
И аз ще говоря за това парче метал след минута.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Това е снимка на обекта.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
И тук ще увелича малко. Гледаме точно там в центъра.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
И после, това тук е много, много близък план на малкото парче метал.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
Така че това, което виждаме е малко парче метал,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
и е оформено като трамплин, и стърчи над ръба.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
И така направих това нещо,
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
по почти същия начин, както се прави компютърен чип.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Отидох в чиста стая с чисти силиконови пластини,
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
и после ги обработих на всякакви големи машини за около 100 часа.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
За последното нещо, трябваше да си направя собствена машина --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
за да направя тази дупка с формата на плувен басейн
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
под устройството.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Това устройство е в състояние
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
да бъде в квантова суперпозиция,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
но се нуждае от малко помощ, за да го направи.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Нека ви дам една аналогия.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Знаете колко е неприятно да бъдете в претъпкан асансьор?
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Искам да кажа, когато съм сам в асансьора, правя най-различни
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
странни неща, но когато други хора влязат вътре
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
спирам да правя тези неща,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
защото не искам да ги притеснявам,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
или, честно казано, да ги изплаша.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
И така, квантовата механика казва,
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
че неодушевените предмети се чувстват по същия начин.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Спътници за неодушевените предмети
04:43
are not just people,
103
268000
2000
не са само хората,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
но също и светлината, която ги осветява,
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
и вятъра, който духа около тях, и топлината в помещението.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
И така, ние знаехме, че ако искахме да видим
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
това парче метал да спазва законите на квантовата механика,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
че трябваше да изритаме всички останали пътници.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
Така че направихме точно това.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Изгасихме светлините,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
и после го поставихме във вакуум, и изсмукахме всичкия въздух,
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
и после го охладихме
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
до само частица от градуса над абсолютната нула.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Сега, съвсем само в асансьора,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
малкото парче метал е свободно да действа както си иска.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
И така, ние измерихме неговото движение.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
И открихме, че се движи по много странен начин.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Вместо просто да седи напълно неподвижно, то вибрираше.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
И начина, по който вибрираше, беше нещо подобно на дишане --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
като разширяващо се и свиващо се духало.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
И като го побутнахме леко,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
можехме да го накараме както да вибрира,
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
така и да не вибрира
05:29
at the same time --
124
314000
2000
по същото време --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
нещо, което е позволено само в квантовата механика.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Така че това, което ви казвам тук, е нещо наистина фантастично.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Какво означава нещо
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
да бъде едновременно вибриращо и да не бъде вибриращо,
05:41
at the same time?
129
326000
2000
по едно и също време?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Нека си помислим за атомите.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Ето ви един пример:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
всички трилиони атоми, които изграждат това парче метал
05:50
are sitting still
133
335000
2000
стоят неподвижно,
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
и по същото време, същите тези атоми
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
се движат нагоре-надолу.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Само в точно определно време те са подредени.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
През останалото време те се преместват.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Това означава, че всеки атом
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
е на две различни места по едно и също време,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
което от своя страна означава, че цялото парче метал
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
е на две различни места.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Мисля, че това е наистина страхотно.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Смях)
06:14
Really.
144
359000
2000
Наистина.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Ръкопляскане)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Заслужаваше си да бъда заключен в чисто помещение и да правя това,
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
през всичките тези години. Защото, вижте това,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
разликата в мащаба
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
между един атом и това парче метал,
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
е почти същата, като разликата
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
между това парче метал и вас.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
И така, ако един атом може да бъде на две различни места по едно и също време,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
това парче метал може да бъде на две различни места,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
тогава защо и вие да не бъдете?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
Искам да кажа, това е просто логичната ми страна, която говори.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
И така, представете си ако сте на няколко места по едно и също време,
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
как ще изглежда това?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Как вашето съзнание
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
ще управлява тялото ви, което се премества в космоса?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Има още една част в историята.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
И тя е, че когато загряхме метала,
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
и запалихме осветлението и погледнахме вътре в помещението,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
видяхме, че парчето метал беше все още там, като една цяла част.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
И така, аз трябваше да развия новата интуиция,
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
че изглежда всички обекти в асансьора
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
са наистина просто квантови обекти,
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
просто натъпкани в малко пространство.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Чуваме често да се говори
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
за това как квантовата механика казва, че всичко е взаимосвързано.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
Ами, това не е съвсем правилно;
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
има нещо повече, по-задълбочено.
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
Това е, че тези връзки,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
вашите връзки с всички неща около вас,
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
буквално определят кои сте вие.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
И това е неразбираемата странност на квантовата механика.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Благодаря ви.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(Ръкопляскане)
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