TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Entendendo um objeto quântico visível
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Os físicos estão acostumados com a ideia de que partículas subatômicas se comportam de acordo com as bizarras regras da mecânica quântica, completamente diferente dos objetos em escala humana. Em um avançado experimento, Aaron O'Connell embaçou essa distinção ao criar um objeto que é visível a olho nu, mas comprovadamente em dois lugares ao mesmo tempo. Nesta palestra ele propõe um intrigante modo de pensar sobre o resultado.
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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00:15
This is a representation of your brain,
0
0
3000
Esta é uma representação do seu cérebro.
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and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
E seu cérebro pode ser dividido em duas partes.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
A metade esquerda, que é o lado lógico,
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
e depois, a metade direita,
00:25
which is the intuitive.
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10000
2000
que é intuitiva.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
E assim, se tivéssemos uma escala para medirmos a aptidão de cada hemisfério,
00:30
then we can plot our brain.
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15000
2000
poderíamos então, plotar nosso cérebro.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
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17000
3000
E como exemplo, este seria alguém que é completamente racional.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
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20000
3000
Este seria uma pessoa inteiramente intuitiva.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
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24000
3000
Então, onde você colocaria seu cérebro nesta escala?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Alguns de nós talvez tenham optado por um destes extremos,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
mas eu acho que para a maioria das pessoas na platéia,
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
seus cérebros são algo como este --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
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34000
3000
com uma alta aptidão em ambos os hemisférios, ao mesmo tempo.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
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37000
2000
Não é como se fossem mutuamente excludentes ou algo assim.
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You can be logical and intuitive.
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39000
2000
Você pode ser racional e intuitivo.
00:56
And so I consider myself one of these people,
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41000
3000
E assim, eu me considero uma destas pessoas,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
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44000
3000
junto com a maioria dos outros físicos experimentais quânticos,
01:02
who need a good deal of logic
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47000
2000
que precisam de uma boa dose de lógica
01:04
to string together these complex ideas.
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49000
2000
para concatenar estas complexas ideias.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
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51000
3000
Mas ao mesmo tempo, precisamos de uma boa dose de intuição
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
para fazer os experimentos realmente funcionarem.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Como que desenvolvemos esta intuição? Bem, nós gostamos de brincar com as coisas.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
Então, saímos e brincamos com elas, e depois, vemos como elas se comportam.
01:17
and then we develop our intuition from there.
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62000
3000
E daí, desenvolvemos nossa intuição a partir disso.
01:20
And really you do the same thing.
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65000
2000
E, na verdade, você faz a mesma coisa.
01:22
So some intuition
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67000
2000
Então, uma das intuições
01:24
that you may have developed over the years
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69000
2000
que vocês devem ter desenvolvido ao longo dos anos
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
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71000
4000
é a de que: uma coisa está apenas em um lugar, em um dado momento.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
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75000
3000
Quero dizer; pode parecer estranho pensar sobre
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
um coisa estar em dois diferentes lugares ao mesmo tempo,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
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82000
3000
mas vocês não nasceram com esta noção, vocês a desenvolveram.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
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85000
3000
E eu me lembro assistindo uma criança brincando em um estacionamento.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
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88000
3000
Uma criança que acabara de aprender a andar e ainda não era muito boa nisto e ela caia o tempo todo.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
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91000
3000
Mas eu aposto que brincar com aquela baliza a ensinou uma lição muito valiosa,
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
de que as coisas grandes não o deixam passar diretamente sobre elas,
01:53
and that they stay in one place.
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98000
3000
e que elas ficam em um lugar.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
E este é um ótimo modelo conceitual para ter sobre o mundo,
01:59
unless you're a particle physicist.
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104000
2000
a menos que você seja um físico de partículas.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
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106000
2000
Seria um péssimo modelo para um físico de partículas,
02:03
because they don't play with car stops,
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108000
2000
porque eles não brincam com balizas,
02:05
they play with these little weird particles.
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110000
3000
eles brincam com estas pequenas e estranhas partículas.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
E quando eles brincam com suas partículas,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
eles descobrem que elas fazem todo o tipo de coisas realmente estranhas --
02:12
like they can fly right through walls,
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117000
3000
como atravessarem paredes,
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or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
ou que elas podem estar em dois diferentes lugares ao mesmo tempo.
02:19
And so they wrote down all these observations,
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124000
3000
E então, eles registraram todas estas observações
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
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127000
4000
e chamaram-nas de 'Teoria da Mecânica Quântica'.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
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131000
3000
E isto era onde a física estava, alguns anos atrás;
02:29
you needed quantum mechanics
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134000
2000
você precisava da mecânica quântica
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
para descrever pequenas, minúsculas partículas.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Mas você não precisa dela
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
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140000
4000
para descrever objetos grandes e cotidianos do nosso entorno.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Isto realmente não se encaixava bem na minha intuição,
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
e talvez apenas porque eu não brinco com partículas muito freqüentemente.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Bem, eu brinco com elas de vez em quando,
02:47
but not very often.
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152000
2000
mas não muito freqüentemente.
02:49
And I've never seen them.
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154000
2000
E eu nunca as vi.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
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156000
3000
Quero dizer; ninguém nunca viu uma partícula.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
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159000
3000
Mas isto também não se encaixava bem no meu lado racional.
02:57
Because if everything is made up of little particles
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162000
3000
Pois, se tudo é feito de pequenas partículas
03:00
and all the little particles
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165000
2000
e todas as pequenas partículas
03:02
follow quantum mechanics,
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167000
2000
seguem uma mecânica quântica,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
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169000
3000
não deveriam então, todas as coisas simplesmente seguirem a mecânica quântica?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
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174000
3000
Eu não vejo qualquer razão porque não deveriam.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
E então, eu me sentiria um bocado melhor sobre essa coisa toda
03:14
if we could somehow show
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179000
2000
se pudéssemos, de alguma forma, mostrar
03:16
that an everyday object
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181000
2000
que um objeto do cotidiano
03:18
also follows quantum mechanics.
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183000
2000
também segue a mecânica quântica.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Então, alguns anos atrás, parti para fazer exatamente isso.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
Então, eu fiz um.
03:26
This is the first object
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191000
2000
Este é o primeiro objeto
03:28
that you can see
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193000
2000
que você pode ver
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
e que esteve em uma superposição quântica.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
Então, o que estamos vendo aqui
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
é um minúsculo chip de computador.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
E você como que vê... este ponto verde bem no meio.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
E é sobre este pedaço de metal do qual falarei em alguns instantes.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Esta é uma fotografia do objeto.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
E aqui eu aproximarei um pouco mais. Estamos olhando diretamente lá, no centro.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
E depois, aqui está um grande, realmente grande close do pequeno pedaço de metal.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
Então, o que estamos vendo é uma pequena lasca de metal,
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
e que tem o formato de uma prancha de mergulho, e sua ponta ultrapassa uma das bordas.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
E, pois bem, eu fiz esta coisa
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
quase da mesma forma que se faz um chip de computador.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Fui para uma sala asséptica com um confortável macacão de silicone
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
e, em seguida, simplesmente trabalhei em todas as grandes máquinas por 100 horas.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
No final das contas, tive que construir minha própria máquina --
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
para fazer este buraco em forma de piscina
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
abaixo do dispositivo.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Este dispositivo tem a capacidade
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
de ficar em uma superposição quântica,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
mas ele precisa de uma pequena ajuda para fazê-lo.
04:19
Here, let me give you an analogy.
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244000
2000
Pois bem, deixem-me dar-lhes uma analogia.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Vocês sabem o quanto é incômodo ficar num elevador lotado?
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Quero dizer, quando estou completamente sozinho em um elevador, faço todo o tipo de coisas estranhas,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
mas depois, entram outras pessoas
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
e eu paro de fazer essas coisas,
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
porque não quero incomodá-las,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
ou, francamente, (não quero) assustá-las.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
Então, a mecânica quântica diz
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
que os objetos inanimados sentem-se da mesma forma.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
Os passageiros que acompanham os objetos inanimados
04:43
are not just people,
103
268000
2000
não são apenas as pessoas,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
mas são também: a luz que incide sobre eles
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
e o vento que os atravessa e a temperatura do ambiente.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
E então, se sabemos, se quisermos ver
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
este pedaço de metal se comportar quanticamente,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
temos que expulsar todos os outros passageiros.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
E foi isso que nós fizemos.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
Apagamos as luzes,
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
e depois o colocamos no vácuo, sugamos todo o ar,
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
e, em seguida, o resfriamos
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
até apenas uma fração de grau acima do zero absoluto.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Agora, totalmente sozinho no elevador,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
o pequeno pedaço de metal está livre para se comportar do modo que quisesse.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
E então, medimos seu movimento.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
Constatamos que ele se movia de formas bastante esquisitas.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
Ao invés de simplesmente ficar totalmente parado, ele vibrava.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
E o modo como ele vibrava era pulsando, assim --
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
como que expandindo e contraindo de alto a baixo.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
E dando-lhe um suave empurrãozinho,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
fomos capazes de fazê-lo ainda vibrar
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
e não vibrar.
05:29
at the same time --
124
314000
2000
ao mesmo tempo --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
algo que é possível somente na mecânica quântica.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Ou seja, o que estou contando aqui para vocês é algo verdadeiramente fantástico.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
O que significa para um objeto
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
estar tanto vibrando quanto sem vibrar
05:41
at the same time?
129
326000
2000
ao mesmo tempo?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Pois bem, pensemos sobre os átomos.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Assim, um cenário:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
todo o trilhão de átomos que constituem aquele pedaço de metal
05:50
are sitting still
133
335000
2000
estão parados
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
e ao mesmo tempo esses mesmos átomos
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
estão se movendo para cima e para baixo.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Isso, apenas nos precisos momentos quando estão alinhados.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
No resto do tempo eles estão deslocados.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Isso significa que cada átomo isolado
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
está em dois diferentes lugares ao mesmo tempo,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
o que significa, por sua vez, que todo o pedaço de metal
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
está em dois diferentes lugares.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Eu acho isso realmente legal!
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Risos)
06:14
Really.
144
359000
2000
Realmente.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Aplausos)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Valeu a pena trancar-me numa sala asséptica para fazer isto, durante todos esses anos.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Pois, prestem atenção,
06:26
the difference in scale
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2000
a diferença de escala
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between a single atom and that chunk of metal
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entre um único átomo e aquele pedaço de metal
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is about the same as the difference
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2000
é aproximadamente a mesma diferença
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between that chunk of metal and you.
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2000
entre aquele pedaço de metal e você.
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So if a single atom can be in two different places at the same time,
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379000
3000
Então, se um único átomo pode estar em dois diferentes lugares ao mesmo tempo,
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that chunk of metal can be in two different places,
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382000
3000
e aquele pedaço de metal pode estar em dois diferentes lugares,
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then why not you?
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385000
2000
então, por que não você?
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I mean, this is just my logical side talking.
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3000
Quero dizer; este é apenas o meu lado racional falando.
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So imagine if you're in multiple places at the same time,
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4000
Então, imagine se você estivesse em múltiplos lugares ao mesmo tempo,
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what would that be like?
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395000
3000
como que seria isto?
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How would your consciousness
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2000
Como que nossa consciência
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handle your body being delocalized in space?
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lidaria com nosso corpo sendo 'de-localizado' no espaço?
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There's one more part to the story.
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Há mais uma parte nessa história.
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It's when we warmed it up,
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Foi quando o aquecemos,
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and we turned on the lights and looked inside the box,
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acendemos as luzes e olhamos dentro da caixa,
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we saw that the piece metal was still there in one piece.
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vimos que a peça de metal ainda estava lá, em um único pedaço.
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And so I had to develop this new intuition,
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E então, tive que desenvolver esta nova intuição
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that it seems like all the objects in the elevator
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que se assemelha à de que todos os objetos num elevador
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are really just quantum objects
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são realmente apenas objetos quânticos
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just crammed into a tiny space.
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simplesmente amontoados em um pequeno espaço.
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You hear a lot of talk
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Vocês ouvem um tanto de conversas
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about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
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sobre como a mecânica quântica atesta que tudo é interconectado.
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Well, that's not quite right.
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Bem, isso não é bem verdade;
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It's more than that; it's deeper.
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é mais do que isso, é mais profundo.
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It's that those connections,
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É que essas conexões,
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your connections to all the things around you,
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suas conexões com todas as coisas ao seu redor,
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literally define who you are,
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literalmente definem quem é você.
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and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
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E essa é a profunda estranheza da mecânica quântica.
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Thank you.
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2000
Obrigado.
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(Applause)
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2000
(Aplausos)
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