TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Létezik látható kvantumtárgy
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
A fizikusok hozzá vannak szokva ahhoz az elképzeléshez, hogy a szubatomikus részecskék a kvantummechanika bizarr szabályai szerint működnek, teljesen eltérően az emberi léptékű tárgyaktól. Egy áttörést jelentő kísérletben, Aaron O'Connell feloldja ezt a megkülönböztetést azáltal, hogy létrehoz egy szabad szemmel is látható tárgyat, amely bizonyítottan képes két helyen jelen lenni egyszerre. Ebben az előadásban egy izgalmas szempontot ajánl az eredmény végiggondolására.
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
Ez az agyunkat ábrázolja.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
És agyunk két részre osztható.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
Van a baloldali rész, ami a logikus oldal,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
és a jobboldali rész,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
amely az intuitív.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
És ha lenne egy mérőeszközünk agyféltekéink rátermettségének vizsgálatára,
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
akkor fel tudnánk térképezni az agyunkat.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
Pl. ez itt valaki olyan, aki teljesen logikus típus.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
Ez pedig egy teljesen intuitív típusú ember.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
Nos, Ön hova tenné a saját agyát ezen a skálán?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Némelyikünk lehet, hogy valamelyik végletre szavazna,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
de azt gondolom, hogy hallgatóságunkban
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
a legtöbbjük agya valahogy így nézne ki --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
magas rátermettséggel mindkét agyféltekén egyszerre.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
Nem zárják ki egymást, vagy ilyesmi.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Lehetünk logikusak és intuitívek egyszerre.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
Nos, magamat is ezek közé sorolom,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
a több kísérleti kvantumfizikussal egyetemben,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
akiknek nagy adag logikára van szüksége
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
ahhoz, hogy ezeket a komplex elképzeléseket összefüggésbe hozzuk.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Ám ugyanakkor óriási adag megérzésre is szükségünk van,
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
hogy ezeket a kísérleteket működtetni is képesek legyünk.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Hogyan fejlesztjük ki ezt az intuíciót? Hát, szeretünk eljátszani a dolgokkal.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Fogjuk magunkat, játszunk velük, s így megtudjuk, hogyan viselkednek.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
Na és akkor onnan indulunk ki az intuíciónkkal.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
És valójában ugyanezt csinálják Önök is.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
Tehát az egyik ilyen megérzés,
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
amit az évek során kifejlesztettek,
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
valószínűleg az, hogy egy dolog egyszerre csak egy helyen lehet jelen.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Úgy értem, furán hangozhat Önöknek,
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
hogy egy dolog akár két különböző helyen is lehet egy időben,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
de nem ezzel a tudattal születtek, hanem kifejlesztették!
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
Megfigyeltem egy kisgyereket, aki egy ilyen autóütközővel játszott.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
Csak totyogós volt, és nem volt valami ügyes, állandóan átesett rajta.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
De azt gyanítom, hogy ez a játék egy nagyon hasznos leckére tanította meg,
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
ami pedig az, hogy nagy dolgok nem engedik meg, hogy csak úgy átjussunk rajtuk,
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
és hogy egy helyben maradnak.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
Így ez egy komoly elméleti modell a világ felépítésére,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
kivéve persze, ha részecskefizikusok vagyunk.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
Szörnyű rossz modell lenne ez egy részecskefizikus számára,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
mert az ilyenek nem játszanak autóütközőkkel,
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
hanem inkább ilyen furi kis részecskékkel.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
És amikor ilyenekkel játszanak,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
akkor rájönnek, hogy ezek csomó tényleg nagyon furi dolgot képesek művelni --
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
mint pl. egyenesen át tudnak repülni a falakon keresztül,
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
vagy két különböző helyen lenni egy időben.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
Így aztán, leírták az összes ilyen megfigyelésüket,
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
és elnevezték a kvantummechanika elméletének.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
Nos, itt tartott a fizika néhány évvel ezelőtt;
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
kvantummechanikára volt szükség ahhoz,
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
hogy az apró, pici részecskéket le tudjuk írni.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Nem volt azonban erre szükségünk ahhoz,
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
hogy a körülöttünk lévő nagy, mindennapi tárgyakat leírjuk.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Az én intuícióm számára ez nem igazán ült,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
és lehet, hogy pusztán amiatt, hogy nem túl gyakran játszom részecskékkel.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Nos, játszom velük néha,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
de nem túl gyakran.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
És főleg, sosem láttam őket!
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
Helyesebben, senki soha nem látott még részecskét!
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
De nem nagyon feküdt ez a logikai felem számára sem.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Hiszen ha minden kicsi részecskékből áll össze,
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
és minden kis részecske
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
a kvantummechanika szerint működik,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
nem kéne akkor mindennek a kvantummechanika szerint működnie?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
Nem látok semmi okot arra, hogy ne kéne!
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
És sokkal jobban érezném magam az egésszel kapcsolatban,
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
ha valamiféleképpen megmutathatnánk,
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
hogy egy hétköznapi tárgy is
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
a kvantummechanika szerint működik.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Néhány évvel ezelőtt tehát, elhatároztam, hogy véghezviszem ezt.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
Úgyhogy csináltam egyet.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
Ez az első látaható tárgy,
03:28
that you can see
72
193000
2000
ami egy mechanikai
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
kvantum-szuperpozícióban volt.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
Amit itt látunk,
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
az egy apró computer chip.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
És láthatjuk ezt a zöld pöttyöt, pont a közepén.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
És erről a darab fémről fogok mindjárt beszélni.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Ez egy fotó a tárgyról.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
Itt most ráközelítek egy kicsit. Épp a közepét nézzük.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
Ez pedig egy tényleg nagyon közeli kép erről a fémdarabról.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
Amit tehát vizsgálunk, egy kis fémdarabka,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
olyan formája van, mint egy trambulinnak, ami kilóg
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
egy párkány fölé. Ezt az izét majdnem ugyanúgy
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
hoztam össze, ahogy egy komputer chipet kell.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Bementem egy tisztaszobába, egy friss szilícium szelettel,
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
és aztán neki láttam a munkának a nagy gépekkel, kb. 100 órára.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
Végül aztán, meg kellett építenem a saját gépemet --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
ahhoz, hogy létrehozhassam ezt az úszómedence
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
alakú lyukat a szerkezet alatt.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Ennek az eszköznek megvan a képessége
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
arra, hogy kvantum-szuperpozícióba kerüljön,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
de egy kis segítségre is szüksége van ehhez.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Hadd hozzak itt fel egy analógiát.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Tudják, milyen kényelmetlen egy túlzsúfolt liftben?
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Amikor magam vagyok egy liftben, mindenféle hülyeséget szoktam csinálni,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
de aztán mások is beszállnak,
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
és akkor abbahagyom a hülyülést,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
mert nem akarom zavarni őket,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
azaz őszintén szólva: megijeszteni őket.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
A kvantummechanika szerint
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
ezek az élettelen tárgyak ugyanígy érzik magukat!
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Az élettelen tárgyak útitársai,
04:43
are not just people,
103
268000
2000
nemcsak az emberek,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
hanem a rávetülő fény,
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
és a fölötte elhussanó szellő, valamint a szoba hője.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
Így aztán tudjuk, hogy ha meg akarjuk figyelni
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
ennek a fémdarabnak a kvantummechanikai
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
viselkedését, az összes többi utast ki kell zavarnunk!
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
Így aztán megtettük.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Lekapcsoltuk a fényeket,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
aztán vákumba helyeztük, és kiszívtuk az összes levegőt,
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
majd lehűtöttük, éppen csak
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
egy icipicivel abszolút nulla fok fölé.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Namost, egyedül a liftben,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
a kis fémdarabka is szabadon tehet bármit,
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
amit csak akar! Ezért megmértük a mozgását.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Azt találtuk, hogy nagyon különösen mozog.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Ahelyett, hogy teljes nyugalomban csücsülne,
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
rezgett, mégpedig mintha lélegzett volna,
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
valahogy így -- mint amikor egy fújtató emelkedik és süllyed.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
És egy kis lökés segítségével,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
képesek voltunk létrehozni azt,
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
hogy rezgett is,
05:29
at the same time --
124
314000
2000
meg nem is, egy időben --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
ami csak a kvantummechanika szerint lehetséges.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Amiről most beszélek, ez tényleg valami fantasztikus dolog!
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Mit is jelent az egy tárgy számára,
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
hogy egyszerre rezeg is,
05:41
at the same time?
129
326000
2000
meg nem is?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Vegyük az atomokat.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Tehát az egyik dolog:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
annak a kis fémdarabnak a sok billió atomja
05:50
are sitting still
133
335000
2000
mind egyszerre nyugodtan csücsül is,
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
és ugyanakkor ugyanazok az atomok
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
fel és le is mozognak!
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Csak bizonyos pillanatokban esnek egy vonalba.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
Az idő nagy részében nincsenek a helyükön.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Ez azt jelenti, hogy minden egyes atom
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
két külön helyen van egy adott pillanatban,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
amely viszont egyben azt is jelenti, hogy az
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
egész fémdarabka két különböző helyen van!
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Szerintem ez marha klassz!
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Nevetés)
06:14
Really.
144
359000
2000
Tényleg.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Taps)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Megérte bezárkózni a tisztaszobába olyan hosszú időre, hogy ezt véghezvihessem!
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Mert gondolják csak végig ezt:
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
egy egyszerű atom és a fémdarabka
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
közti különbség mértéke körülbelül
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
ugyanakkora, mint a különbség
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
a fémdarabka és Önök közt!
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
Magyarul, ha egy atom képes két különböző helyen lenni egy időben,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
akkor a fémdarabka is képes két különböző helyen lenni,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
és akkor Önök miért ne?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
Igazából most csak a logikus oldalam beszél.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
Képzeljék el, hogy több helyen vannak jelen
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
egy időben, az milyen lenne?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Hogyan kezelné a tudatuk azt, hogy
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
a testük kikerülne a térből?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Van a történetnek még egy része.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
Amikor felmelegítettük,
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
és felkapcsoltuk a villanyt, és bekukucskáltunk a dobozba,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
azt láttuk, hogy a fémdarabka még mindig ott van, egy darabban.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
Tehát meg kellett tanulnom ezt az újfajta intuíciót,
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
hogy úgy tűnik, a liftben minden tárgy
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
valójában kvantumtárgy,
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
bezsúfolva egy picike helyre.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Hallhatunk egy csomó beszélgetést arról,
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
hogy a kvantummechanika szerint, minden mindennel kapcsolatban van.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
Nos, ez így nem teljesen igaz;
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
mert ennél sokkal többről, mélyebbről van szó!
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
Arról, hogy ezek a kapcsolatok,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
az Önök kapcsolatai mindennel, ami körülveszi Önöket,
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
szó szerint meghatározza, hogy kik Önök!
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
És ez a végtelenül fura a kvantummechanikában!
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Köszönöm.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(Taps)
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