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TED2011

Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object

アーロン・オコンネル:目に見える量子物体を理解する

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物理学者は素粒子が通常の物体とは全く異なり、奇抜な量子力学の法則に従って振る舞うという考えに慣れています。アーロン・オコンネルは画期的な実験によって、肉眼で確認ができ、二つの場所に同時に存在することが実証可能な物体を作り、そのような区別を曖昧にさせました。本トークではその結果に対して興味深い考察を紹介します。

- 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

Thisこれ is a representation表現 of yourきみの brain,
これは脳を表しています
00:15
and yourきみの brain can be broken壊れた into two parts部品.
脳は二つの部分に分けられます
00:18
There'sあります。 the left halfハーフ, whichどの is the logical論理的 side,
左半分は論理を司り
00:21
and then次に the right halfハーフ,
右半分は
00:23
whichどの is the intuitive直感的な.
直感を担当します
00:25
And soそう ifif we我々 had a scale規模 to measure測定 the aptitude適性 of each hemisphere半球,
左右の脳半球の能力を示す基準があれば
00:27
then次に we我々 can plotプロット our我々の brain.
脳を図に表すことが可能です
00:30
And for example, thisこの would be somebody誰か who'sだれの completely完全に logical論理的.
例えばこの場合 完全に論理的な人を表します
00:32
Thisこれ would be someone誰か who'sだれの entirely完全に intuitive直感的な.
この場合は完全に直感的な人でしょう
00:35
Soだから whereどこで would you君は put yourきみの brain on thisこの scale規模?
皆さんの脳はどの位置でしょうか
00:39
Someいくつか of us mayかもしれない have optedオプトイン for one1 of theseこれら extremes極端な,
極端なパターンの人もいるかもしれませんが
00:42
butだけど I think思う for most最も people in the audience聴衆,
皆さんの脳は大抵
00:45
yourきみの brain is something何か like thisこの --
こんな風に
00:47
with〜と a high高い aptitude適性 in bothどちらも hemispheres半球 at the same同じ time時間.
同時に両半球で高い能力を持っていると思います
00:49
It'sそれは、します。 notない like they're彼らは mutually互いに exclusive排他的 orまたは anything何でも.
双方相容れない訳でなく
00:52
Youあなたが can be logical論理的 and intuitive直感的な.
論理的且つ直感的になれるのです
00:54
And soそう I consider検討する myself私自身 one1 of theseこれら people,
私もこの分類に入ると思っています
00:56
along一緒に with〜と most最も of the otherその他 experimental実験的 quantum量子 physicists物理学者,
他の実験量子物理学者の多くもそうです
00:59
who need必要 a good良い deal対処 of logic論理
量子物理の複雑な考えをまとめる
01:02
to string文字列 together一緒に theseこれら complex複合体 ideasアイデア.
論理性が必要である一方
01:04
Butだがしかし at the same同じ time時間, we我々 need必要 a good良い deal対処 of intuition直感
実験を成功させるための
01:06
to actually実際に make作る the experiments実験 work.
かなりの直感が必要なのです
01:09
Howどう do we我々 develop開発する thisこの intuition直感? Well we我々 like to play遊びます with〜と stuffもの.
どう直感を培えばよいでしょうか? まずは試してみるのです
01:11
Soだから we我々 go outでる and play遊びます with〜と itそれ, and then次に we我々 see見る howどうやって itそれ acts行為,
試しにいろいろやってみて その結果を見てみます
01:14
and then次に we我々 develop開発する our我々の intuition直感 fromから thereそこ.
そこから直感を培っていくのです
01:17
And really本当に you君は do the same同じ thingもの.
皆さんも同じ事をしています
01:20
Soだから some一部 intuition直感
何年もかけて
01:22
thatそれ you君は mayかもしれない have developed発展した over the years
皆さんが培ってきた直感の一つは
01:24
is thatそれ one1 thingもの is onlyのみ in one1 place場所 at a time時間.
一つの物は 同時に二つの場所に存在しないということです
01:26
I mean平均, itそれ can sound weird奇妙な to think思う about
一つの物が 同時に二つの異なる場所に
01:30
one1 thingもの beingであること in two different異なる places場所 at the same同じ time時間,
存在するというのは 奇妙に感じるでしょう
01:33
butだけど you君は weren'tなかった bornうまれた with〜と thisこの notion概念, you君は developed発展した itそれ.
これは生まれもった概念ではなく 培ってきたものです
01:37
And I remember思い出す watching見ている a kidキッド playing遊ぶ on a car stopやめる.
子供が車止めの上で遊んでいるのを見たことを思い出します
01:40
He was justちょうど a toddler幼児 and he wasn'tなかった very非常に good良い at itそれ, and he kept保管 falling落下 over.
よちよち歩きの幼児で よく落ちていました
01:43
Butだがしかし I betベット playing遊ぶ with〜と thisこの car stopやめる taught教えた him a really本当に valuable貴重な lessonレッスン,
でも車止めで遊んで あの子は貴重なことを学んだと思います
01:46
and that'sそれは thatそれ large thingsもの don'tしない let you君は get right past過去 themそれら,
それは 大きい物体は自分を通り抜けることはせず
01:49
and thatそれ they彼ら stay滞在 in one1 place場所.
一つの場所にとどまるということです
01:53
And soそう thisこの is a greatすばらしいです conceptual概念的な modelモデル to have of the world世界,
これは世界の概念として優れたモデルです
01:56
unless限り you'reあなたは a particle粒子 physicist物理学者.
でも素粒子物理学者の観点では
01:59
It'dそれは be a terribleひどい modelモデル for a particle粒子 physicist物理学者,
ひどいモデルです
02:01
becauseなぜなら they彼ら don'tしない play遊びます with〜と car stops停止,
彼らの対象は車止めでなく
02:03
they彼ら play遊びます with〜と theseこれら little少し weird奇妙な particles粒子.
素粒子という奇妙なものだからです
02:05
And whenいつ they彼ら play遊びます with〜と their彼らの particles粒子,
素粒子を扱ってみると それが
02:08
they彼ら find見つける they彼ら do allすべて sortsソート of really本当に weird奇妙な thingsもの --
本当に奇妙なことをすることを知りました
02:10
like they彼ら can fly飛ぶ right throughを通して walls,
壁を通り抜けたり
02:12
orまたは they彼ら can be in two different異なる places場所 at the same同じ time時間.
二つの異なる場所に同時に存在するのです
02:15
And soそう they彼ら wrote書きました downダウン allすべて theseこれら observations観察,
このような観測内容はまとめられ
02:19
and they彼ら calledと呼ばれる itそれ the theory理論 of quantum量子 mechanics力学.
量子力学理論と名付けられました
02:22
And soそう that'sそれは whereどこで physics物理 was at a few少数 years ago;
それが数年前の頃の物理学でした
02:26
you君は needed必要な quantum量子 mechanics力学
極めて小さな素粒子の説明には
02:29
to describe説明する little少し, tiny小さな particles粒子.
量子力学が必要です
02:31
Butだがしかし you君は didn'tしなかった need必要 itそれ
でも私たちの周囲にある
02:33
to describe説明する the large, everyday毎日 objectsオブジェクト aroundまわり us.
普通の大きさの物体の説明には必要ありません
02:35
Thisこれ didn'tしなかった really本当に sit座る well with〜と myじぶんの intuition直感,
これは私の直感に しっくりきませんでしたが
02:39
and maybe多分 it'sそれは justちょうど becauseなぜなら I don'tしない play遊びます with〜と particles粒子 very非常に oftenしばしば.
普段から 素粒子を扱わないからかもしれません
02:42
Well, I play遊びます with〜と themそれら sometimes時々,
たまに扱うこともありますが
02:45
butだけど notない very非常に oftenしばしば.
めったにありません
02:47
And I've私は never決して seen見た themそれら.
それに見たこともありません
02:49
I mean平均, nobody's誰も everこれまで seen見た a particle粒子.
そもそも素粒子を見た人は誰もいません
02:51
Butだがしかし itそれ didn'tしなかった sit座る well with〜と myじぶんの logical論理的 side eitherどちらか.
さらに 論理的にもしっくりきませんでした
02:54
Becauseというのは ifif everythingすべて is made upアップ of little少し particles粒子
もし全ての物体が素粒子で構成され
02:57
and allすべて the little少し particles粒子
素粒子は
03:00
followフォローする quantum量子 mechanics力学,
量子力学に従うのであれば
03:02
then次に shouldn'tすべきではない everythingすべて justちょうど followフォローする quantum量子 mechanics力学?
全ての物体も量子力学に従うのではないでしょうか?
03:04
I don'tしない see見る anyどれか reason理由 whyなぜ itそれ shouldn'tすべきではない.
そうならない理由を見出すことができません
03:09
And soそう I'd feel感じる a lot betterより良い about the whole全体 thingもの
もし 通常の物体も
03:12
ifif we我々 could somehow何とか showショー
量子力学に従うことを
03:14
thatそれ an everyday毎日 objectオブジェクト
何とか証明できれば全てが
03:16
alsoまた、 follows続く quantum量子 mechanics力学.
納得できると考えました
03:18
Soだから a few少数 years ago, I setセット off to do justちょうど thatそれ.
そして数年前 その取り組みに着手しました
03:20
Soだから I made one1.
そして一つ作ってみたのです
03:23
Thisこれ is the first最初 objectオブジェクト
これが機械的に
03:26
thatそれ you君は can see見る
量子重ね合わせ状態になった
03:28
thatそれ has been in a mechanical機械的 quantum量子 superposition重畳.
肉眼で見える初めての物体です
03:30
Soだから what we're私たちは looking at hereここに
今見ているのは
03:33
is a tiny小さな computerコンピューター chipチップ.
小さなコンピュータチップです
03:35
And you君は can sortソート of see見る thisこの green dotドット right in the middle中間.
真ん中に緑の点が見えます
03:37
And that'sそれは thisこの pieceピース of metal金属 I'm私は going to be talking話す about in a minute.
これはこの後説明する金属片です
03:40
Thisこれ is a photograph写真 of the objectオブジェクト.
これが物体の写真になります
03:43
And hereここに I'll zoomズーム in a little少し bitビット. We're我々 はしています。 looking right thereそこ in the centerセンター.
ここを少し拡大してみます あの中心を見ています
03:45
And then次に here'sここにいる a really本当に, really本当に big大きい close-up閉じる of the little少し pieceピース of metal金属.
これが小さな金属片を拡大した時のものです
03:48
Soだから what we're私たちは looking at is a little少し chunkチャンク of metal金属,
今見ているのは小さな金属の塊で
03:51
and it'sそれは shaped形をした like a divingダイビング boardボード, and it'sそれは sticking固着する outでる over a ledge.
ダイビング・ボードのような出っ張った形をしています
03:53
And soそう I made thisこの thingもの
コンピュータチップを作るのと
03:56
in nearlyほぼ the same同じ way as you君は make作る a computerコンピューター chipチップ.
同じ方法でこれを作りました
03:58
I went行った into a cleanクリーン roomルーム with〜と a fresh新鮮な siliconシリコン waferウェーハ,
新しいシリコンウェハーと共に クリーンルームの中で
04:00
and then次に I justちょうど crankedクランクされた away離れて at allすべて the big大きい machines機械 for about 100 hours時間.
100時間程 様々な巨大な機械を使い製作します
04:03
For the last最終 stuffもの, I had to buildビルドする myじぶんの own自分の machine機械 --
最後の工程では 装置の下の
04:06
to make作る thisこの swimming水泳 pool-shapedプールの形をした hole
水泳プールの形をした穴を作るために
04:08
underneath下の the deviceデバイス.
機械を自作する必要がありました
04:11
Thisこれ deviceデバイス has the ability能力
この装置は
04:13
to be in a quantum量子 superposition重畳,
量子重ね合わせ状態になる機能がありますが
04:15
butだけど itそれ needsニーズ a little少し help助けて to do itそれ.
少し手助けが必要です
04:17
Hereここは, let me give you君は an analogy類推.
ここである例えを紹介します
04:19
Youあなたが know知っている howどうやって uncomfortable不快な itそれ is to be in a crowded混雑した elevatorエレベーター?
混んでいるエレベーターの中の不快さを想像してみてください
04:21
I mean平均, whenいつ I'm私は in an elevatorエレベーター allすべて alone単独で, I do allすべて sortsソート of weird奇妙な thingsもの,
エレベーターに私一人なら 変なことをしたりするのですが
04:24
butだけど then次に otherその他 people get on boardボード
他の乗客が入ってくると
04:27
and I stopやめる doing thoseそれら thingsもの
そういうことはやめます
04:29
becauseなぜなら I don'tしない want to bother気にする themそれら,
他の人の迷惑になりたくないですし
04:31
orまたは, frankly率直に, scare恐怖 themそれら.
怖がらせたくありません
04:33
Soだから quantum量子 mechanics力学 says言う
量子力学的には
04:36
thatそれ inanimate生きていない objectsオブジェクト feel感じる the same同じ way.
無生物もそう思うようです
04:38
The fellow仲間 passengers乗客 for inanimate生きていない objectsオブジェクト
乗客としての無生物は
04:41
are notない justちょうど people,
人だけでなく
04:43
butだけど it'sそれは alsoまた、 the light shiningシャイニング on itそれ
差し込む光だったり
04:45
and the wind blowing吹く past過去 itそれ and the heat of the roomルーム.
吹き抜ける風や室内の熱だったりします
04:47
And soそう we我々 knew知っていた, ifif we我々 wanted to see見る
ですから この金属片が
04:50
thisこの pieceピース of metal金属 behave行動する quantum量子 mechanically機械的に,
量子力学的に振る舞うのを見るには 乗客を全て
04:52
we're私たちは going to have to kickキック outでる allすべて the otherその他 passengers乗客.
降ろす必要があると分かっていたので
04:55
And soそう that'sそれは what we我々 did.
そうしました
04:57
We私たち turned回した off the lightsライト,
明かりを消して
04:59
and then次に we我々 put itそれ in a vacuum真空 and sucked吸い込まれた outでる allすべて the air空気,
吸引機で全ての空気を除去し
05:01
and then次に we我々 cooled冷却された itそれ downダウン
絶対零度付近の温度まで
05:03
to justちょうど a fraction分数 of a degree above上の absolute絶対の zeroゼロ.
冷やしました
05:05
Now, allすべて alone単独で in the elevatorエレベーター,
エレベーターに残されたこの小さな金属片は
05:07
the little少し chunkチャンク of metal金属 is free無料 to act行為 howeverしかしながら itそれ wanted.
これで自由に振る舞う事が可能です
05:09
And soそう we我々 measured測定された itsその motionモーション.
そこでその挙動を測定してみると
05:11
We私たち found見つけた itそれ was moving動く in really本当に weird奇妙な ways方法.
非常に奇妙な動きをしていました
05:13
Instead代わりに of justちょうど sitting座っている perfectly完全に stillまだ, itそれ was vibrating振動する,
完全に静止する代わりに 振動していたのです
05:15
and the way itそれ was vibrating振動する was breathing呼吸 something何か like thisこの --
振動はまるで呼吸のように
05:18
like expanding拡大する and contracting収縮する bellowsベローズ.
肺が拡大 縮小をしているようでした
05:21
And by giving与える itそれ a gentle優しい nudgeナッジ,
そして軽く押してみると
05:23
we我々 were ableできる to make作る itそれ bothどちらも vibrate振動する
金属片に振動と無振動を
05:25
and notない vibrate振動する
同時に行わせることが
05:27
at the same同じ time時間 --
出来たのです
05:29
something何か that'sそれは onlyのみ allowed許可された with〜と quantum量子 mechanics力学.
それは量子力学においてのみあり得る動きです
05:31
Soだから what I'm私は telling伝える you君は hereここに is something何か truly真に fantastic素晴らしい.
ここでお話していることは本当に素晴らしいことです
05:34
What does itそれ mean平均 for one1 thingもの
一つの物体が
05:37
to be bothどちらも vibrating振動する and notない vibrating振動する
振動と無振動を同時に行うとは
05:39
at the same同じ time時間?
どういった事でしょうか?
05:41
Soだから let'sさあ think思う about the atoms原子.
原子について考えてみましょう
05:43
Soだから in one1 case場合:
例を出します
05:45
allすべて the trillions数兆 of atoms原子 thatそれ make作る upアップ thatそれ chunkチャンク of metal金属
あの金属片を構成する無数の原子は
05:47
are sitting座っている stillまだ
静止していますが
05:50
and at the same同じ time時間 thoseそれら same同じ atoms原子
同時に
05:52
are moving動く upアップ and downダウン.
上下にも動いています
05:54
Now it'sそれは onlyのみ at precise正確 times whenいつ they彼ら align整列する.
一列に並ぶのは一瞬だけで
05:56
The rest残り of the time時間 they're彼らは delocalized非局在化した.
それ以外の時は離れています
05:59
Thatそれ means手段 thatそれ everyすべて atom原子
これが意味するのは 全ての原子が
06:01
is in two different異なる places場所 at the same同じ time時間,
同時に二つの異なる場所に存在し
06:03
whichどの in turn順番 means手段 the entire全体 chunkチャンク of metal金属
すなわち 金属の塊は丸ごと二つの異なる場所に
06:05
is in two different異なる places場所.
存在しているということです
06:08
I think思う thisこの is really本当に coolクール.
これは本当にスゴいことだと思います
06:10
(Laughter笑い)
(笑)
06:12
Reallyほんとですか.
本当ですよ
06:14
(Applause拍手)
(拍手)
06:16
Itそれ was worth価値 lockingロック myself私自身 in a cleanクリーン roomルーム to do thisこの for allすべて thoseそれら years
何年もクリーンルームに閉じこもっていた甲斐がありました
06:19
becauseなぜなら, checkチェック thisこの outでる,
と言うのも 聞いてください
06:24
the difference in scale規模
一つの原子と
06:26
betweenの間に a singleシングル atom原子 and thatそれ chunkチャンク of metal金属
あの金属の塊との間の縮尺の違いは
06:28
is about the same同じ as the difference
あの金属の塊と皆さんとの
06:30
betweenの間に thatそれ chunkチャンク of metal金属 and you君は.
縮尺の違いと大体同じです
06:32
Soだから ifif a singleシングル atom原子 can be in two different異なる places場所 at the same同じ time時間,
つまり一つの原子が同時に二つの異なる場所に存在できるなら
06:34
thatそれ chunkチャンク of metal金属 can be in two different異なる places場所,
金属片も二つの異なる場所に存在できます
06:37
then次に whyなぜ notない you君は?
なら 皆さんにも可能では?
06:40
I mean平均, thisこの is justちょうど myじぶんの logical論理的 side talking話す.
これは私の論理的な視点の意見です
06:42
Soだから imagine想像する ifif you'reあなたは in multiple複数 places場所 at the same同じ time時間,
自分が複数の場所に存在していたら
06:46
what would thatそれ be like?
どうなるか想像してみてください
06:50
Howどう would yourきみの consciousness意識
意識はどのようにして
06:53
handleハンドル yourきみの body beingであること delocalized非局在化した in spaceスペース?
空間の一ヶ所に存在しない体に対応するのでしょうか?
06:55
There'sあります。 one1 moreもっと part to the storyストーリー.
話にはもう一つ続きがあります
06:59
It'sそれは、します。 whenいつ we我々 warmed温められた itそれ upアップ,
物体を暖め
07:01
and we我々 turned回した on the lightsライト and looked見た inside内部 the boxボックス,
明かりをつけ 箱の中を見たところ
07:03
we我々 saw thatそれ the pieceピース metal金属 was stillまだ thereそこ in one1 pieceピース.
金属片はまだそこに存在していました
07:06
And soそう I had to develop開発する thisこの new新しい intuition直感,
そこで 新しい直感を形成する必要がありました
07:10
thatそれ itそれ seems思われる like allすべて the objectsオブジェクト in the elevatorエレベーター
エレベーターの中の全ての物体は
07:13
are really本当に justちょうど quantum量子 objectsオブジェクト
実は紛れもない量子物体で
07:16
justちょうど crammed詰め込まれた into a tiny小さな spaceスペース.
狭い空間にいるだけのようでした
07:18
Youあなたが hear聞く a lot of talkトーク
量子力学上では
07:20
about howどうやって quantum量子 mechanics力学 says言う thatそれ everythingすべて is allすべて interconnected相互に接続された.
全ては相互に関連し合っていることをよく聞きます
07:22
Well, that'sそれは notない quiteかなり right.
しかし 全く正しいとは言えません
07:25
It'sそれは、します。 moreもっと thanより thatそれ; it'sそれは deeperもっと深く.
それだけの話ではなく もっと深いのです
07:27
It'sそれは、します。 thatそれ thoseそれら connections接続,
周囲に存在する全ての物体と
07:30
yourきみの connections接続 to allすべて the thingsもの aroundまわり you君は,
皆さんとの関連性が
07:32
literally文字通り define定義する who you君は are,
文字通り皆さんを定義するのです
07:35
and that'sそれは the profound深遠な weirdness奇妙 of quantum量子 mechanics力学.
それが量子力学のとても不思議な所なのです
07:38
Thankありがとうございます you君は.
ありがとうございました
07:41
(Applause拍手)
(拍手)
07:43
Translated by Yuki Okada
Reviewed by Sawa Horibe

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About the speaker:

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.

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.

More profile about the speaker
Aaron O'Connell | Speaker | TED.com