TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell erklärt den Sinn von sichtbaren Quantumobjekten
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Physiker sind die Idee gewohnt, dass sich subatomare Teilchen nach den bizarren Regeln der Quantenmechanik verhalten, gänzlich anders als Objekte in Menschengröße. In einem bahnbrechendem Experiment hat Aaron O'Connell diese Idee in Frage gestellt in dem ein mit blossem Auge zu sehendes Teilchen erschaffen hat, das nachweisbar gleichzeitig an zwei Orten war. In seinem Vortrag schlägt er einen faszinierende Denkweise zu dem Ergebnis vor.
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
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This is a representation of your brain,
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Dies ist eine Darstellung Ihres Gehirns.
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and your brain can be broken into two parts.
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Ihr Gehirn kann in zwei Hälften unterteilt werden.
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There's the left half, which is the logical side,
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Das ist die linke Hälfte, die die logische Seite ist
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and then the right half,
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und dann die rechte Hälfte,
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which is the intuitive.
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die die intuitive Seite ist.
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And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
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Wenn wir einen Maßstab hätten um die Aptitute jeder Hemisphäre zu messen,
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then we can plot our brain.
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könnten wir ihr Gehirn darstellen.
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And for example, this would be somebody who's completely logical.
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Zum Beispiel, wäre diese jemand, der vollständig logisch ist.
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This would be someone who's entirely intuitive.
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Dies wäre jemand, der komplett intuitiv ist.
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So where would you put your brain on this scale?
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Nun, wo würden Sie ihr Gehirn auf diesem Maßstab positionieren?
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Some of us may have opted for one of these extremes,
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Einige von uns haben sich vielleicht für eins dieser Extreme entschieden,
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but I think for most people in the audience,
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30000
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aber ich denke, dass, für die meisten Menschen im Publikum,
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your brain is something like this --
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Ihr Gehirn etwa so aussieht --
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with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
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mit einer hohen Aptitute, die gleichzeitig in beiden Hemisphären ist.
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It's not like they're mutually exclusive or anything.
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Es ist nicht so, als ob sie beide exklusiv sind oder dergleichen.
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You can be logical and intuitive.
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Sie können logisch und intuitiv sein.
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And so I consider myself one of these people,
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Und so sehe ich mich als eine der Personen,
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along with most of the other experimental quantum physicists,
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gemeinsam mit dem meisten anderen experimentellen Quantenphysikern,
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who need a good deal of logic
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die einen guten Anteil Logik benötigen
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to string together these complex ideas.
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um die komplexen Ideen zusammen zu fügen.
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But at the same time, we need a good deal of intuition
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Aber gleichzeitig benötigen wir einen guten Anteil Intuition
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to actually make the experiments work.
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2000
um die Experimente tatsächlich auszuführen.
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How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
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Wie entwickeln wir diese Intuition? Nun, wir lieben es mit Dingen zu spielen.
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So we go out and play with it, and then we see how it acts,
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59000
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Wir gehen also raus und spielen damit und schauen dann wie es reagiert.
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and then we develop our intuition from there.
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3000
Und dann fangen wir dort an unsere Intuition zu entwickeln.
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And really you do the same thing.
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2000
Im Grunde machen Sie das gleiche.
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So some intuition
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Also eine der Intuitionen
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that you may have developed over the years
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2000
die sie über die Jahre entwickelt haben,
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is that one thing is only in one place at a time.
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71000
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ist vermutlich, dass ein Ding zur gleichen Zeit nur an einem Ort sein kann.
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I mean, it can sound weird to think about
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Ich meine, es kann seltsam klingen darüber nachzudenken,
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one thing being in two different places at the same time,
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78000
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dass ein Ding zur gleichen Zeit an zwei verschiedenen Orten ist,
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but you weren't born with this notion, you developed it.
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3000
aber Sie wurden mit dieser Idee nicht geboren, Sie haben sie entwickelt.
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And I remember watching a kid playing on a car stop.
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85000
3000
Ich erinnere mich daran ein Kind beim Spielen auf einer Bodenschwelle zu sehen.
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He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
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88000
3000
Er war noch ein Kleinkind und nicht sehr gut darin und er fiel ständig hin.
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But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
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91000
3000
Aber ich wette, dass ihn das Spielen mit der Bodenschwelle eine sehr wertvolle
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and that's that large things don't let you get right past them,
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4000
Lektion lehrte, nämlich das große Dinge dich nicht einfach vorbei lassen,
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and that they stay in one place.
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3000
und dass sie an einer Stelle bleiben.
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And so this is a great conceptual model to have of the world,
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101000
3000
Und das ist ein großartiges konzeptionelles Modell der Welt,
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unless you're a particle physicist.
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2000
so lange Sie kein Teilchenphysiker sind.
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It'd be a terrible model for a particle physicist,
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2000
Es wäre ein furchtbares Modell für einen Teilchenphysiker,
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because they don't play with car stops,
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weil sie nicht mit Bodenschwellen spielen,
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they play with these little weird particles.
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3000
sondern mit diesen kleinen seltsamen Teilchen.
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And when they play with their particles,
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2000
Und wenn sie mit ihren Teilchen spielen,
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they find they do all sorts of really weird things --
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2000
stellen sie alle möglichen seltsamen Dinge fest --
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like they can fly right through walls,
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wie dass sie direkt durch Mauern fliegen,
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or they can be in two different places at the same time.
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120000
4000
oder dass sie zur gleichen Zeit an zwei verschiedenen Orten sein können.
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And so they wrote down all these observations,
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124000
3000
Und so schrieben sie alle diese Beobachtungen auf,
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and they called it the theory of quantum mechanics.
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127000
4000
und nannten sie die Theorie der Quantenmechanik.
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And so that's where physics was at a few years ago;
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3000
Das war der Stand der Physik vor einigen Jahren;
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you needed quantum mechanics
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man brauchte Quantenmechanik
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to describe little, tiny particles.
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um die kleinen, winzigen Teilchen zu beschreiben.
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But you didn't need it
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Aber man brauchte sie nicht
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to describe the large, everyday objects around us.
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um die großen alltäglichen Objekte um uns herum zu beschreiben.
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This didn't really sit well with my intuition,
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144000
3000
Das hat meine Intuition nicht gemocht
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and maybe it's just because I don't play with particles very often.
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3000
und das vielleicht nur weil ich nicht so oft mit Teilchen spiele.
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Well, I play with them sometimes,
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150000
2000
Naja, ich spiele manchmal mit ihnen,
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but not very often.
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152000
2000
aber nicht sehr oft.
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And I've never seen them.
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Und ich habe sie noch nie gesehen.
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I mean, nobody's ever seen a particle.
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156000
3000
Ich meine, niemand hat jemals ein Teilchen gesehen.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
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159000
3000
Aber meine logische Seite hat es auch nicht gemocht.
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Because if everything is made up of little particles
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162000
3000
Denn wenn alle Sachen aus Teilchen bestehen
03:00
and all the little particles
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165000
2000
und all diese Teilchen den Regeln
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follow quantum mechanics,
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167000
2000
der Quantenmechanik folgen,
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then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
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169000
3000
sollte dann nicht einfach alles den Regeln der Quantenmechanik folgen?
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I don't see any reason why it shouldn't.
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174000
3000
Ich sehe keinen Grund, warum das nicht so sein sollte.
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And so I'd feel a lot better about the whole thing
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177000
2000
Ich würde mich also deutliche besser mit der ganzen Sache fühlen,
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if we could somehow show
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179000
2000
wenn wir irgendwie zeigen könnten,
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that an everyday object
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181000
2000
dass Alltagsgegenstände
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also follows quantum mechanics.
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183000
2000
auch den Regeln der Quantenmechanik folgen.
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So a few years ago, I set off to do just that.
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185000
3000
Also machte ich mich vor ein paar Jahren daran, genau das zu tun.
03:23
So I made one.
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188000
3000
Ich erschuf eins.
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This is the first object
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191000
2000
Dies ist das erste Objekt,
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that you can see
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193000
2000
das Sie sehen können,
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that has been in a mechanical quantum superposition.
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195000
3000
das in der quantenmechanischen Superposition war.
03:33
So what we're looking at here
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198000
2000
Was wir uns hier also ansehen
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is a tiny computer chip.
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200000
2000
ist ein winziger Computer Chip.
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And you can sort of see this green dot right in the middle.
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202000
3000
Und Sie können diesen grünen Punkt dort in der Mitte sehen.
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And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
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205000
3000
Das ist das Stück Metall über das ich gleich reden werde.
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This is a photograph of the object.
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208000
2000
Das ist ein Bild des Objekts.
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And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
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210000
3000
Hier vergrößere ich es etwas. Wir schauen genau hier ins Zentrum.
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And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
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213000
3000
Und hier ist eine wirklich sehr große Nahaufnahme dieses kleinen Stücks Metall.
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So what we're looking at is a little chunk of metal,
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216000
2000
Was wir uns also ansehen ist ein kleines Stück Metall
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and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
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218000
3000
es ist wie ein Sprungbrett geformt und es steht über der Kante über.
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And so I made this thing
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221000
2000
Ich machte also dieses Ding
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in nearly the same way as you make a computer chip.
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223000
2000
auf ähnliche Weise auf die man einen Computer Chip macht.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
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225000
3000
Ich ging ein einen sauberen Raum mit neuen Siliziumscheiben,
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
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228000
3000
und rackerte für 100 Stunden an all den großen Geräten.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
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231000
2000
Für das letzte bisschen musste ich meine eigene Maschine bauen --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
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233000
3000
um dieses wie ein swimming pool geformte Loch
04:11
underneath the device.
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236000
2000
und das Ding zu bekommen.
04:13
This device has the ability
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238000
2000
Dieses Ding hat die hat die Fähigkeit
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to be in a quantum superposition,
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240000
2000
in der quantenmechanischen Superposition zu sein
04:17
but it needs a little help to do it.
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242000
2000
aber es braucht ein ein wenig Hilfe um es zu tun.
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Here, let me give you an analogy.
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244000
2000
Schauen Sie, lassen Sie mich Ihnen eine Analogie geben.
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You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
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246000
3000
Sie wissen, wie unbehaglich es ist in einem vollen Aufzug zu sein?
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I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
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249000
3000
Ich meine, wenn ich alleine im Aufzug bin, dann mache ich alle möglichen seltsamen Sachen
04:27
but then other people get on board
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252000
2000
aber dann steigen andere Menschen hinzu
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and I stop doing those things
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254000
2000
und ich höre auf all diese Dinge zu machen,
04:31
because I don't want to bother them,
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256000
2000
weil ich sie nicht damit belästigen will,
04:33
or, frankly, scare them.
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258000
3000
oder, offen gesagt, sie verschrecke.
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So quantum mechanics says
100
261000
2000
Quantenmechanik sagt also,
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that inanimate objects feel the same way.
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263000
3000
dass unbewegliche Objekte sich genauso fühlen.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
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266000
2000
Die Mitfahrer für unbewegliche Objekte
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are not just people,
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268000
2000
sind nicht nur Menschen,
04:45
but it's also the light shining on it
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270000
2000
sondern auch das Licht, das auf sie scheint
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
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272000
3000
und der Wind, der an ihnen vorbei fegt und die Hitze des Raums.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
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275000
2000
Und so wussten wir, dass wenn wir sehen wollten,
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
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277000
3000
dass dieses Stück Metall sich quantenmechanisch verhält,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
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280000
2000
wir die ganzen Mitreisenden raus schmeissen mussten.
04:57
And so that's what we did.
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282000
2000
Und das haben wir dann getan.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Wir haben das Licht ausgeschaltet,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
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286000
2000
legten es in ein Vakuum und saugten die ganze Luft aus
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
und kühlten es bis fast zum
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
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290000
2000
absoluten Nullpunkt ab.
05:07
Now, all alone in the elevator,
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292000
2000
Jetzt, ganz alleine im Aufzug,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
war das Stück Metall frei, sich zu verhalten wie immer es wollte.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
Also haben wir seine Bewegung gemessen.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Wir stellten fest, dass es sich wirklich seltsam bewegt.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Anstatt, dass es einfach ruhig da liegt, vibrierte es.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
Die Art wie es vibrierte war ungefähr so wie dies hier --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
wie ein sich ausdehnender und zusammen ziehender Blasebalg.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
In dem wir ihm einen kleinen Schubs gaben,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
konnten wir es veranlassen zur gleichen
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
Zeit zu vibrieren und
05:29
at the same time --
124
314000
2000
nicht zu vibrieren --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
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316000
3000
etwas was nur in der Quantenmechanik erlaubt ist.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Was ich Ihnen gerade erzähle ist also was wahrhaft fantastisches.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Was heißt es für ein Objekt
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
zur gleichen Zeit zu vibrieren
05:41
at the same time?
129
326000
2000
und nicht zu vibrieren?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Lassen Sie uns über die Atome nachdenken.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Also der erste Fall:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
all die Trillionen von Atome aus denen das Stück Metall besteht
05:50
are sitting still
133
335000
2000
liegen still da
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
und zur gleichen Zeit bewegen sich dieselben Atome
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
auf und ab.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Nur zu präzisen Zeitpunkten stimmen sie überein.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
Den Rest der Zeit sind sie delokalisiert.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Das heisst, dass jedes Atom
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
zur gleichen Zeit an zwei unterschiedlichen Orten ist,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
was gleichzeitig heisst, dass das gesamte Stück Metall
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
an zwei verschiedenen Orten ist.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Ich denke, dass das richtig cool ist.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Gelächter)
06:14
Really.
144
359000
2000
Wirklich.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Applaus)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Das war es wert mich für all diese Jahr in dem sauberen Raum einzuschliessen.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Denn, überprüfen Sie das,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
der Massstabsunterschied
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
zwischen einem einzelnen Atom und diesem Stück Metall
06:30
is about the same as the difference
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375000
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ist ungefähr genauso wie der Unterschied
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between that chunk of metal and you.
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zwischen dem Stück Metall und Ihnen.
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So if a single atom can be in two different places at the same time,
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3000
Wenn also ein einzelnes Atom zur gleichen Zeit an zwei verschiedenen Orten sein kann,
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that chunk of metal can be in two different places,
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dieses Stück Metall an zwei verschiedenen Orten sein kann,
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then why not you?
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2000
warum dann nicht auch Sie?
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I mean, this is just my logical side talking.
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3000
Ich meine, das ist nur das was meine logische Seite sagt.
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So imagine if you're in multiple places at the same time,
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So, stellen Sie sich vor, Sie wären zu gleichen Zeit an mehreren Orten,
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what would that be like?
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wie würde sich das anfühlen?
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How would your consciousness
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2000
Wie würde Ihr Bewusstsein damit umgehen,
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handle your body being delocalized in space?
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dass Ihr Körper im Raum delokalisiert ist?
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There's one more part to the story.
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Es gibt einen weiteren Aspekt bei der Geschichte.
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It's when we warmed it up,
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Als wir es aufwärmten,
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and we turned on the lights and looked inside the box,
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das Licht anschalteten und die Kiste reinschauten,
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we saw that the piece metal was still there in one piece.
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sahen wir, dass das Stück Metall immer in einem Stück da war.
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And so I had to develop this new intuition,
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Und so musste ich diese neue Intuition entwickeln,
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that it seems like all the objects in the elevator
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dass es so aussieht als ob all die Objekte im Aufzug
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are really just quantum objects
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in Wirklichkeit nur Quanten Objekte sind,
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just crammed into a tiny space.
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die in einem kleinen Raum zusammen gefercht sind.
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You hear a lot of talk
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Sie hören eine Menge Gerede
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about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
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darüber, wie Quantenmechanik sagt, dass alles mit allem verbunden ist.
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Well, that's not quite right.
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Nun, das ist nicht ganz richtig;
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It's more than that; it's deeper.
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da ist noch mehr dahinter, es geht noch tiefer.
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It's that those connections,
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Es ist so, dass diese Verbindungen,
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your connections to all the things around you,
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Ihre Verbindungen mit all den Dingen um Sie herum,
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literally define who you are,
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buchstäblich definieren wer Sie sind.
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and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
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Und das ist das Tiefsinnige und Seltsame der Quantenmechanik.
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Thank you.
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Vielen Dank.
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(Applause)
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2000
(Applaus)
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