TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: darant matomą kvantinį objektą prasmingu
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
Fizikai pripratę prie idėjos, kad subatominės dalelės elgiasi pagal keistas kvantinės mechanikos taisykles, visiškai besiskiriančias nuo žmonių dydžio objektų. Perversmingu eksperimentu Aron O'Connell padarė šį skirtumą miglotą sukurdamas objektus, kurie yra matomi plika akimi, tačiau įrodoma, jos jie egzistuoja dviejose vietose vienu metu. Savo kalboje jis siūlo intriguojantį būdą rezultatams apgalvoti.
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
Tai Jūsų smegenų reprezentacija.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
Ir Jūsų smegenis galima išskirti į dvi dalis.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
Kairiąją pusę, kuri yra logiškoji,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
ir dešiniąją pusę,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
kuri yra intuityvioji.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
Jei mes turėtume skalę, kuria galėtume išmatuoti kiekvienos hemosferos tinkamumą,
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
galėtume sudarytį savo smegenų planą.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
Pavyzdžiui, tai būtų kažkieno, kas yra visiškai logiškas.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
Tai - to, kas visiškai intuityvus.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
Taigi, kurioje skalės vietoje būtų Jūsų smegenys?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Kai kurie iš mūsų galėjo pasirinkti vieną iš šių kraštutinių atvejų,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
tačiau aš manau, jog daugumos žmonių šioje auditorijoje
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
smegenys yra kažkas tokio --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
su aukštu abiejų hemisferų tinkamumu vienu metu.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
Tai nėra taip, kad jos vienu metu nesuderinamos.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Jūs galite būti logiškas ir intuityvus.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
Save aš laikau vienu iš tokių žmonių,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
kartu su dauguma kitų eksperimentinės kvantikos fizikų,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
kuriems reikia daug logikos,
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
norint surišti šias sudėtingas idėjas.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Tačiau tuo pat metu, mums reikia ir daug intuicijos,
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
kad eksperimentai pavyktų.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Kaip mes išvystome šią intuiciją? Na, mums patinka žaisti su šiuo dalyku.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Galime su juo žaisti ir žiūrėti, kaip jis elgsis.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
Ir taip mes išvystome intuiciją.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
Ir jūs, tiesą sakant, darote tą patį.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
Dalis intuicijos,
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
kurią Jūs išvystėte per nugyventus metus,
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
tai, kad vienas dalykas yra vienoje vietoje vienu metu.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Turiu omeny, gali skambėti kiek keistai galvoti
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
apie vieną dalyką, kuris būtų dviejose vietose vienu metu,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
tačiau Jūs negimėte su šia mintimi, Jūs ją išvystėte.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
Aš pamenu vaiką, žaidžiantį ant "gulinčio policininko".
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
Jis buvo pradedantis vaikščioti kūdikis ir jam nelabai kaip sekėsi, jis vis griūvinėjo.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
Tačiau galiu lažintis, jog šis žaidimas jį išmokė vertingos pamokos,
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
kad dideli daiktai neleidžia pereiti per juos
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
ir, kad jie lieka vienoje vietoje.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
Taigi tai yra nuostabus koncepcinis pasaulio modelis,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
išskyrus jei tu esi dalelių fizikas.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
Tai būtų siaubingas modelis dalelių fizikui,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
nes jie nežaidžia su "gulinčiais policininkais",
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
jie žaidžia su tomis mažomis keistomis dalelėmis.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
Ir kai jie žaidžia su savo dalelėmis,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
jie supranta, jog jos daro visokiausius keistus dalykus --
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
jos gali pereiti kiaurai sienas,
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
arba gali būti dviejose vietose tuo pat metu.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
Taigi jie surašė visus šiuos pastebėjimus
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
ir visa tai pavadino kvantinės mechanikos teorija.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
Fizikų požiūris prieš keletą metų buvo toks:
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
kvantinės mechanikos reikia
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
norint aprašyti mažytes daleles.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Tačiau jos nereikia norint
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
aprašyti didelius, kasdienius mus supančius objektus.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Tačiau tai nesutapo su mano intuicija,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
galbūt todėl, kad aš nežaidžiu su dalelėmis labai dažnai.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Na, aš žaidžiu su jomis kartais,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
tačiau nedažnai.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
Ir aš niekada jų nemačiau.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
Turiu omeny, niekas niekada nėra matęs dalelės.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
Tačiau tai nesutapo ir su mano logine puse.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Jeigu viskas susidaro iš mažų dalelių
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
ir jos visos
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
seka kvantinės mechanikos taisykles,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
ar tuomet neturėtų viskas paklūsti kvantinei mechanikai?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
Nematau nė vienos priežasties, kodėl neturėtų.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
Ir aš jausčiausi žymiai geriau,
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
jei mes kažkokiu būdu galėtume parodyti,
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
kad bet koks kasdienis objektas
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
taip pat paklūsta kvantinei mechanikai.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Prieš keletą metų aš tą pradėjau daryti.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
Aš pagaminau vieną objektą.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
Tai yra pirmasis objektas,
03:28
that you can see
72
193000
2000
kurį galite matyti
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
ir kuris yra kvantinės mechanikos superpozicijoje.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
Mes žiūrime į
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
mažytę kompiuterio mikroschemą.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
Ir Jūs galima sakyti matote žalią tašką per vidurį.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
Ir apie šį metalo gabalėlį aš ir kalbėsiu.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Tai yra objekto fotografija.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
Čia aš šiek tiek priartinsiu. Žiūrime į centrą.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
Ir čia labai labai stipriai priartintas šis metalo gabalėlis.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
Mes žiūrime i didelį gabalą metalo,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
kuris atrodo kaip šuolių i vandenį tramplinas ir jis kyšo per kraštą.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
Taigi aš pagaminau šį daiktą
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
beveik tokiu pat būdu, kaip gaminamos kompiuterių mikroschemos.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Nuėjau į švarų kambarį su šviežia silicio lipde
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
ir tuomet aš maždaug šimtą valandų gaminau visas tas dideles mašinas.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
Paskutiniausiai, turėjau pagaminti savo mašiną --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
kad padaryčiau šią baseino formos skylę
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
prietaiso apačioje.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Šis prietaisas gali
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
būti kvantinėje superpozicijoje,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
tačiau jam reikia šiek tiek pagalbos.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Leiskite Jums pateikti analogiją.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Žinote, kaip nemalonu būti prigrūstame lifte?
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Turiu omeny, kai esu lifte vienas, darau visokius keistus dalykus,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
tačiau, kai kiti žmonės įlipa,
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
aš nustoju juos daryti,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
nes nenoriu jiems trukdyti,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
arba, atvirai kalbant, gąsdinti juos.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
Taigi kvatinė mechanika teigia,
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
kad negyvi objektai jaučia lygiai taip pat.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Pakeleiviai kompanionai negyviems objektams
04:43
are not just people,
103
268000
2000
yra ne tik žmonės,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
tačiau ir šviečianti šviesa
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
ir pučiantis vėjas ir kambario karštis.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
Ir mes žinojome, jog jei norime pamatyti
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
kaip šis metalo gabalas elgiasi pagal kvatinę mechaniką,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
mes turėjome išspirti visus kitus pakeleivius.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
Tą ir padarėme.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Išjungėme šviesas,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
įdėjome jį į vakumą, išsiurbėme visą orą
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
ir tada jį atšaldėme
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
iki temperatūros, siekiančios vos vos virš absoliutaus nulio.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Dabar, būdamas vienas lifte,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
mažytis metalo gabalas galėjo elgtis kaip tik jis panorėjo.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
Ir mes pamatavome jo judesius.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Sužinojome, jog jis juda labai keistai.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Vietoje to, kad ramiai sėdėtų, jis vibravo.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
Ir vibravo jis maždaug taip --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
kaip besiplėsdamos ir susitraukdamos dumplės.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
Ir švelniai jį stuktelėdami,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
mes galėjome priversti jį ir vibruoti,
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
ir nevibruoti
05:29
at the same time --
124
314000
2000
tuo pat metu--
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
taip, kaip leidžiama tik kvatinėje mechanikoje.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Tai, ką aš Jums dabar pasakoju, yra tikrai fantastiška.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Ką reiškia
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
vienu metu ir vibruoti,
05:41
at the same time?
129
326000
2000
ir nevibruoti?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Pagalvokime apie atomus.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Vienu atveju:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
visi trilijonai atomų, kurie sudaro metalo gabalą
05:50
are sitting still
133
335000
2000
sėdi ramiai
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
ir tuo pat metu
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
jie juda aukštyn žemyn.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Tai tik precizijos dėka jie kartais sutampa.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
Kitu metu jie delokalizuoti.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Tai reiškia, jog kiekvienas atomas
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
yra dviejose skirtingose vietose tuo pat metu,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
o tai reiškia, jog visas metalo gabalas
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
yra dviejose skirtingose vietose.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Aš manau, jog tai labai kieta.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Juokas)
06:14
Really.
144
359000
2000
Tikrai.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Plojimai)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Buvo verta užsidaryti visiems tiems metams švariame kambaryje ir tai padaryti .
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Nes, pažiūrėkite,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
skirtumas skalėje
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
tarp pavienio atomo ir metalo gabalo
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
yra maždaug toks pat, kaip
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
tarp to gabalo ir Jūsų.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
Taigi, jei pavienis atomas gali būti dviejose vietose vienu metu,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
tas metalo gabalas gali,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
kodėl gi negalite Jūs?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
Turiu omeny, tai mano logiškoji pusė kalba.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
Įsivaizduokite, jei būtumėte keliose vietose vienu metu,
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
kaip tai atrodytų?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Kaip Jūsų sąmonė
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
susidorotų su Jūsų kūno delokalizavimu?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Yra dar viena istorijos dalis.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
Kai mes jį sušildėme
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
ir įjungėme šviesas ir pažiūrėjome į dėžutę,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
pamatėme, jog metalo gabalas ramiai buvo vientisas savo vietoje.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
Taigi turėjau išvystyti šią naują intuiciją,
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
jog visi objektai lifte
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
iš tiesų yra kvantiniai objektai,
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
tiesiog sugrūsti į mažytę erdvę.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Jūs girdite daug kalbų
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
apie tai, kaip kvantinė mechanika teigia, jos viskas yra susijungę.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
Na, tai nėra visiška tiesa;
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
tai daugiau nei tai, tai giliau.
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
Tai tos jungtys,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
Jūsų jungtys su visais Jus supančiai daiktais,
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
tiesiogine to žodžio prasme apibrėžia, kas Jūs esate.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
Ir tai ir yra išmintingas kvantinės mechanikos keistumas.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Ačiū.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(Plojimai)
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