TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
آرون او کانال: ایجاد احساس ازیک شئی قابل مشاهده کوانتومی
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
فیزیکدانان بر این ایده اند که رفتار ذرات زیر اتمی با توجه به قوانین عجیب مکانیک کوانتومی ، کاملا متفاوت با مقیاس انسان برای اشیاء است. آرون او کانال با دستیابی به موفقیت در آزمایشی، با ساخت شئی که با چشم غیر مصلح قابل مشاهده است وهمزمان در دو مکان می باشد، متمایز شد ه است. در این بحث او یک شیوه فریبنده از تفکر در مورد نتیجه را ارائه می کند.
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
این بازنمودی از مغز شماست
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
و مغز شما میتواند به دو بخش تقسیم شود.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
در اینجا نیمه چپ، سمت منطقی است،
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
و سپس نیمه سمت راست،
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
که حسی است.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
خوب اگر ما مقیاسی برای اندازه گیری استعداد هر یک از نیم کره را داشتیم،
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
می توانیم مغزمان را رسم کنیم.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
برای مثال، این میتواند فردی که کاملا" منطقی است ، باشد.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
و این می تواند فردی که کاملا" حسی است، باشد.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
خوب در کجا مغزتان را قرار می دهید؟
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
شاید برخی از ما یکی از اینها را بشکل افراطی انتخاب کنیم،
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
اما من فکر می کنم برای بیشتر مخاطبان در اینجا،
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
مغز شما چیزی شبیه این است--
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
با استعداد بالایی در هر دو نیم کره به طور همزمان.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
آنها مانعه الجمع نیستند.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
شما می توانید منطقی و حسی باشید.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
خوب من خودم را یکی از این افراد،
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
همراه با بسیاری از فیزیکدانان دیگر کوانتومی تجربی ، مطرح می کنم
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
که نیاز به خوب منطقی فکر کردن دارند
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
برای به هم زدن این نظریات پیچیده.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
اما به طور همزمان، ما نیاز به خوب حس کردن هم داریم
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
در واقع برای ایجاد آزمایشات کاری.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
چگونه ما این بصیرت را گسترش می دهیم؟ما علاقه داریم که با اشیائ بازی کنیم.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
خوب ما میرویم بیرون و با آنها بازی می کنیم، و سپس می بینیم آنها چگونه عمل می کنند
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
سپس ما حس مان را از آنها گسترش می دهیم.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
و واقعا" شما همین کار را می کنید.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
بعضی از حس های شما
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
که شاید در طی سالها گسترش یافته باشند
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
چیزی است که تنها، در یک مکان در یک زمان است.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
منظورم این است، شاید به نظر عجیب باشد فکر کردن درباره
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
یک چیز که همزمان در دو مکان متفاوت باشد،
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
چون شما با این مفهوم متولد نشدید که آن را گسترش دهید.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
به خاطر می آورم که مشغول تماشای کودکی که در یک مخل توقف خودرو بازی می کرد بودم
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
او نوپا بود و خیلی خوب راه نمی رفت، و مرتبا" زمین می خورد
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
اما من شرط می بندم که بازی در این محل توقف خودرو درس واقعا" ارزشمندی به او داد،
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
و اینکه چیزهای بزرگ به شما اجاره نمی دهند که به عقب آنها برسید،
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
اگر آنها در یک مکان بمانند.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
این یک مدل مفهومی بزرگی از جهان است،
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
مگر اینکه شما یک فیزیکدان ذرات باشید.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
این یک مدل وحشتناک برای فیزیکدان ذرات است.
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
زیرا آنها با محل توقف خودر بازی نمی کنند،
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
آنها با ذرات کوچک عجیب بازی می کنند.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
و وقتی آنها با ذرات کوچکشان بازی می کنند،
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
متوجه می شوند که آنها (ذرات) همه نوع کارهای واقعا" عجیب را انجام می دهند.--
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
مانند اینکه آنها میتوانند درست به طرف دیوار پرواز کنند،
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
یا آنها می توانند در دو مکان مختلف در یک زمان باشند.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
و تمامی این مشاهدات را مینویسند،
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
این را تئوری مکانیک کوانتومی می نامند.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
این جاییست که فیزیک در چند سال گذشته بود ;
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
شما به مکانیک کوانتومی نیاز داشتید
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
برای توضیح یک ذره خیلی کوچک.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
اما شما
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
برای توضیح اشیاء بزرگ که روزانه اطراف ما هستند ، به آن نیازی نداشتید
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
واقعا این برای من قابل لمس(حس) نبود،
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
و شاید به این دلیل که من با ذرات اغلب بازی نمی کنم.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
خوب،من گاهی با آنها بازی می کنم،
02:47
but not very often.
56
152000
2000
اما نه اغلب اوقات
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
من هرگز آنها را ندیدم
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
منظورم این است، هرگز کسی آنها را ندید.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
اما من با وجه منطقیم هم با آن راحت نبودم.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
زیرا اگر همه چیز از ذرات ریز تشکیل شده
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
وهمه این ذرات ریز
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
از ماشین کوانتوم متابعت کنند،
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
سپس نباید تنها از مکانیک کوانتوم متابعت کنند؟
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
من هیچ دلیلی برای اینکه ، چرا نباید نمی دیدم.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
می توانستم درباره همه چیز احساس بهتری کنم
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
اگر میتوانستیم به شکلی نشان دهیم
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
که همه اشیاء
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
از مکانیک کوانتوم تابعیت می کنند.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
چند سال پیش، برای انجام این برنامه ریزی کردم.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
من یک (ماشین) را ساختم.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
این اولین شیئ هست
03:28
that you can see
72
193000
2000
که شما می توانید ببینید
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
که یک مکانیک کوانتومی انطباقی بوده است.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
چیزی که ما دراینجا به دنبالش هستیم
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
یک تراشه کوچک کامپیوتری است.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
شما یک جورهایی می توانید این نقطه سبز را در وسط این ببینید
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
این قطعه فلزی است که فصد دارم برای یک دقیقه راجع به آن صحبت کنم.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
این عکسهای پروژه است.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
اینجا کمی بزرگنایی کردم. ما دقیقا به مرکز نگاه می کنیم.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
سپس در اینجا یک بزرگنمایی واقعا نزدیک از این قطعه کوچک فلز است.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
چیزی که ما به آن نگاه می کنیم یک قزعه کوچک قلز است،
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
و به شکل تخته غواصی درآمده و و به دیوارها چسبیده است.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
من این را ساختم
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
نزدیک به روشی که شما تراشه کامپیوتر را می سازید.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
رفتم در یک اطاق تمیز با یک ویفرسیلیکون تازه،
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
سپس من برای مدت ١۰۰ ساعت همه ماشین های بزرگ را خم کردم.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
آخرین چیزی که من باید ماشین خودم را می ساختم---
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
ساخت این چاله شبیه استخر
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
زیر دستگاه بود.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
این دستگاه توانایی
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
در انطباق کوانتومی دارد ،
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
اما نیاز به کمی کمک برای انجام آن دارد.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
اجازه دهید در اینجا مثالی بیاورم..
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
چگونه احساس ناراحتی در آسانسور شلوغ می کنید؟
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
منظورم این است که وقتی من در آسانسور تنها هستم، من همه کارهای عجیب را انجام می دهم،
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
اما وقتی مردم سوار می شوند
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
انجام این کارها را متوقف می کنم،
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
زیرا من نمی خواهم آنها را آزار دهم،
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
یا صادقانه بگویم بترسانمشان.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
خوب مکانبک کوانتومی می گوید
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
که اشیاء بی جان حسی مشابه دارند.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
مسافران برای اشیاء بی جان
04:43
are not just people,
103
268000
2000
تنها مردم نیستند
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
بلکه همچنین این نور درخشان بر روی آن
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
و وزش باد بر روی آن و گرمای اتاق هم هستند.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
و بنابر این ما می دانستیم، اگر ما می خواهیم بینیم
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
آیا این قطعه فلز رفتار مکانیک کوانتومی می کند،
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
می بایست تمامی مسافران را بیرون می ریختیم.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
خوب این چیزی است که ما انجام دادیم.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
ما چراغها را خاموش کردیم،
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
و سپس هوا را مکیده و خلاء ایجاد کردیم،
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
و بعد آن را سرد کردیم
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
کمی بالاتر از کسری از یک با صفر مطلق.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
حال، تنها در آسانسور
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
این قطعه کوچک فلزی حالا آزاد است که هر کاری که می خواهد بکند.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
ما حرکات را اندازه گیری کردیم.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
و فهمیدیم که به شیوه ای واقعا" عجیبی در حال حرکت است.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
به جای اینکه کاملا" ساکن باشد، در ارتعاش بود.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
و روشی که در ارتعاش بود مانند تنفس کردن--
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
مثل انبساط و انقباض ریه ها بود.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
با زدن ضربه ملایمی به آن،
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
ما قادر شدیم که به طور همزمان
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
آن را مرتعش و نامرتعش(ثابت)
05:29
at the same time --
124
314000
2000
کنیم---
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
چیزی که فقط با مکانیک کوانتومی مجاز است.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
خوب چیزی که من دارم برایتان می گویم حقیقتا بی نظیر است
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
چه معنیی می دهد که یک چیز
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
در یک زمان
05:41
at the same time?
129
326000
2000
هم مرتعش و هم نامرتعش (ثابت) باشد
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
بگذارید به اتم فکر کنیم.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
یک مورد:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
تریلونها اتم این قطعه فلز را ساخته اند
05:50
are sitting still
133
335000
2000
کنار هم ساکن قرار گرفته اند
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
و در همان زمان همه آن اتمها
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
به طرف بالا و پائین حرکت می کنند.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
تنها در زمان بسیار دقیقی و آنها با هم همردیف می شوند.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
بقیه زمان آنها به همریخته و نامنظم هستند.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
بدین معنی که هر اتم
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
هم زمان در دو مکان مختلف است،
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
که این همهء این تکه فلز تعمیم می باید
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
که در دو مکان مختلف باشند.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
فکر کنم که این واقعا خیلی جالبه.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
( خنده تماشاگران)
06:14
Really.
144
359000
2000
واقعا".
06:16
(Applause)
145
361000
3000
( تشویق تماشاگران)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
برای انجام این کار، این ارزش را داشت که خودم را درهمه این سالها در یک اطاق پاکیزه مبحوس کنم .
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
زیرا، این انجام شد.
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
تفاوت در مقیاس
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
بین یک واحد اتم و یک قطعه فلز
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
تقریبا" مشابه تفاوت
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
بین این قطعه فلز با شماست.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
بنابر این اگر یک واحد اتم بتواند در یک زمان در دو مکان مختلف باشد،
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
این قطعه فلز هم می تواند در دو مکان باشد،
06:40
then why not you?
154
385000
2000
و چرا شما نباشید؟ (در دو مکان مختلف در یک زمان)
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
منظور این است که ، من فقط از دید منطقی صحبت کردم.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
خوب تصور کنید اگر شما در چندین مکان بطور همزمان باشید،
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
این چگونه می شود؟
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
چگونه آگاهی شما
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
با بدنتان که در فضا نامتمرکز و به نامنظم است رفتار می کند؟
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
بخش دیگری از داستان وجود دارد.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
وقتی ما آن را گرم کردیم،
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
و چراغها را روشن و به داخل جعبه نگاه کردیم،
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
دیدیم که فلز هنوز به شکل فطعه آنجاست
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
خوب من می بایست این شهود جدید را گسترش می دادم،
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
به نظر می رسد که مثل همه اشیاء داخل آسانسور
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
واقعا فقط اشیاء کوانتومی هستند که
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
در داخل یک فضای کوچک محفوظ شده اند.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
شما بحثهای زیادی را
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
درباره اینکه چگونه مکانیک کوانتومی می گوید که همه چیز را با هم مرتبط است را شنیده اید.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
خوب این خیلی هم درست نیست :
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
بیشتر از این هست
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
این ارتباطات،
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
ارتباطات شما با همه چیزهای اطراف شماست،
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
که دقیقا" تعریفی از شماست.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
و این ژرفای عجیب بودن مکانیک کوانتومی است.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
( سپاسگزارم)
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(تشویق تماشاگران)
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