TED2011
Aaron O'Connell: Making sense of a visible quantum object
Aaron O'Connell: Betekenis geven aan een zichtbaar kwantumobject
Filmed:
Readability: 3.2
1,482,555 views
Natuurkundigen zijn gewend aan het idee dat subatomaire deeltjes zich gedragen volgens de bizarre regels van de kwantummechanica, welke totaal verschillen van objecten op menselijke schaal. In een baanbrekend experiment, heeft Aaron O'Connell dit onderscheid doen vervagen door een object te maken dat zichtbaar is voor het blote oog, maar zich bewijsbaar op twee plaatsen tegelijkertijd bevindt. Hij suggereert een intrigerende manier om het resultaat te bekijken.
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
Dit is een voorstelling van jullie hersenen.
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
3000
3000
Jullie hersenen kunnen in twee delen verdeeld worden.
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
6000
2000
De linkerhelft, de logische kant
00:23
and then the right half,
3
8000
2000
en de rechterhelft,
00:25
which is the intuitive.
4
10000
2000
de intuïtieve kant.
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
12000
3000
Als we een schaal hadden om de bekwaamheid van elke hemisfeer te meten
00:30
then we can plot our brain.
6
15000
2000
dan kunnen we ons verstand in kaart brengen.
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
17000
3000
Bijvoorbeeld: dit zou iemand zijn die helemaal logisch is.
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
20000
3000
Dit zou iemand zijn die helemaal intuïtief is.
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
24000
3000
Dus waar zou je jouw verstand zetten op deze schaal?
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
27000
3000
Enkelen van ons hebben misschien gekozen voor een van deze extremen,
00:45
but I think for most people in the audience,
11
30000
2000
maar ik denk dat bij de meeste mensen in het publiek
00:47
your brain is something like this --
12
32000
2000
jullie verstand zoiets is als dit --
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
34000
3000
met een hoge bekwaamheid in beide hemisferen tegelijkertijd.
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
37000
2000
Ze sluiten elkaar niet uit.
00:54
You can be logical and intuitive.
15
39000
2000
Je kan logisch én intuïtief zijn.
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
41000
3000
Ik beschouw mezelf als een van deze mensen,
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
44000
3000
samen met de meeste andere experimentele kwantumfysici,
01:02
who need a good deal of logic
18
47000
2000
die een hoop logica nodig hebben
01:04
to string together these complex ideas.
19
49000
2000
om deze complexe ideeën samen te brengen.
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
51000
3000
Maar tegelijkertijd, hebben we een hoop intuïtie nodig
01:09
to actually make the experiments work.
21
54000
2000
om de experimenten werkelijk uit te voeren.
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
56000
3000
Hoe ontwikkelen we deze intuïtie? Wel, we spelen graag met dingen.
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
59000
3000
We spelen ermee en we kijken hoe ze reageren.
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
62000
3000
Daaruit ontwikkelen we onze intuïtie.
01:20
And really you do the same thing.
25
65000
2000
Eigenlijk doen jullie net hetzelfde.
01:22
So some intuition
26
67000
2000
Een intuïtie
01:24
that you may have developed over the years
27
69000
2000
die je misschien ontwikkeld hebt over de jaren
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
71000
4000
is dat een ding zich op ieder moment slechts op één plaats bevindt.
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
75000
3000
Ik bedoel, het kan raar klinken om er over na te denken
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
78000
4000
dat een ding zich op twee plaatsen bevindt op hetzelfde tijdstip,
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
82000
3000
maar je bent niet geboren met dit denkbeeld, je hebt het ontwikkeld.
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
85000
3000
Ik herinner me dat ik keek naar een kind dat speelde op een autodrempel.
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
88000
3000
Het was een kleuter en hij was er niet erg goed in, hij viel steeds.
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
91000
3000
Maar ik wed dat spelen met de drempel hem een erg waardevolle les geleerd heeft
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
94000
4000
en dat is dat grote dingen jou niet zomaar laten passeren,
01:53
and that they stay in one place.
36
98000
3000
en dat ze op één plaats blijven.
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
101000
3000
Dit is dus een goed conceptueel model om van de wereld te hebben,
01:59
unless you're a particle physicist.
38
104000
2000
tenzij je een deeltjesfysicus bent.
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
106000
2000
Het zou een slecht model zijn voor een deeltjesfysicus,
02:03
because they don't play with car stops,
40
108000
2000
omdat ze niet spelen met autodrempels,
02:05
they play with these little weird particles.
41
110000
3000
ze spelen met erg kleine rare deeltjes.
02:08
And when they play with their particles,
42
113000
2000
Wanneer ze met hun deeltjes spelen,
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
115000
2000
merken ze dat deze allerlei erg rare dingen doen
02:12
like they can fly right through walls,
44
117000
3000
zoals recht door muren vliegen,
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
120000
4000
of op twee plaatsen tegelijk zijn.
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
124000
3000
Ze schreven al deze observaties op
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
127000
4000
en ze noemden het de theorie van de kwantummechanica.
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
131000
3000
Dat is waar fysica stond een paar jaren geleden.
02:29
you needed quantum mechanics
49
134000
2000
Je had kwantummechanica nodig
02:31
to describe little, tiny particles.
50
136000
2000
om kleine, minuscule deeltjes te beschrijven.
02:33
But you didn't need it
51
138000
2000
Maar je had het niet nodig
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
140000
4000
om grote, alledaagse objecten rondom ons te beschrijven.
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
144000
3000
Dit klopte niet met mijn intuïtie
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
147000
3000
en misschien is het gewoon omdat ik niet erg vaak met deeltjes speel.
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
150000
2000
Wel, ik speel soms met ze,
02:47
but not very often.
56
152000
2000
maar niet erg vaak.
02:49
And I've never seen them.
57
154000
2000
Ik heb ze nog nooit gezien.
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
156000
3000
Ik bedoel, niemand heeft ooit een deeltje gezien.
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
159000
3000
Maar het klopte ook niet met mijn logische kant.
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
162000
3000
Omdat, als alles gemaakt is uit kleine deeltjes
03:00
and all the little particles
61
165000
2000
en al de kleine deeltjes
03:02
follow quantum mechanics,
62
167000
2000
volgen de wetten van de kwantummechanica,
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
169000
3000
zou alles dan niet gewoon de wetten van de kwantummechanica moeten volgen?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
174000
3000
Ik zie geen enkele reden waarom niet.
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
177000
2000
Ik zou me hierover een stuk beter voelen
03:14
if we could somehow show
66
179000
2000
als we op één of andere manier konden tonen
03:16
that an everyday object
67
181000
2000
dat een alledaags object
03:18
also follows quantum mechanics.
68
183000
2000
ook de regels van de kwantummechanica volgt.
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
185000
3000
Dus enkele jaren geleden begon ik eraan.
03:23
So I made one.
70
188000
3000
Ik heb er één gemaakt.
03:26
This is the first object
71
191000
2000
Dit is het eerste object
03:28
that you can see
72
193000
2000
dat je kan zien
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
195000
3000
dat in een mechanische kwantum-superpositie is geweest.
03:33
So what we're looking at here
74
198000
2000
We kijken hier naar
03:35
is a tiny computer chip.
75
200000
2000
een minuscule computerchip.
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
202000
3000
Je kan min of meer het groene punt zien in het midden.
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
205000
3000
Dat is het stuk metaal waarover ik zo dadelijk ga praten.
03:43
This is a photograph of the object.
78
208000
2000
Dit is een foto van het object.
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
210000
3000
Hier zoem ik een beetje in. We kijken recht in het midden daar.
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
213000
3000
Dan hier een erg, erg grote close-up van het kleine stukje metaal.
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
216000
2000
We kijken naar een klein stukje metaal
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
218000
3000
in de vorm van een surfplank en het steekt uit over een richel.
03:56
And so I made this thing
83
221000
2000
Ik maakte dit ding
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
223000
2000
ongeveer op dezelfde manier zoals je een computerchip zou maken.
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
225000
3000
Ik ging in een cleanroom met een verse silicium-wafer
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
228000
3000
en boog me gedurende ongeveer 100 uren over al de grote machines.
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
231000
2000
Voor de afwerking moest ik mijn eigen machine bouwen
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
233000
3000
om dit zwembad-vormig gat te maken
04:11
underneath the device.
89
236000
2000
onder het apparaat.
04:13
This device has the ability
90
238000
2000
Dit apparaat heeft het vermogen
04:15
to be in a quantum superposition,
91
240000
2000
om in een kwantum-superpositie te zijn,
04:17
but it needs a little help to do it.
92
242000
2000
maar het heeft hiervoor een beetje hulp nodig.
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
244000
2000
Laat ik jullie een analogie geven.
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
246000
3000
Je weet hoe oncomfortabel het is om in een drukke lift te staan?
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
249000
3000
Ik bedoel, wanneer ik alleen in een lift ben, doe ik allerlei rare dingen,
04:27
but then other people get on board
96
252000
2000
maar wanneer andere mensen instappen,
04:29
and I stop doing those things
97
254000
2000
stop ik daarmee
04:31
because I don't want to bother them,
98
256000
2000
omdat ik hen niet wil lastigvallen,
04:33
or, frankly, scare them.
99
258000
3000
of, hen ronduit niet bang wil maken.
04:36
So quantum mechanics says
100
261000
2000
Kwantummechanica zegt
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
263000
3000
dat levenloze objecten op dezelfde manier werken.
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
266000
2000
De medepassagiers voor levenloze objecten
04:43
are not just people,
103
268000
2000
zijn niet enkel mensen,
04:45
but it's also the light shining on it
104
270000
2000
maar ook het licht dat erop schijnt
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
272000
3000
en de wind die er langs blaast en de warmte van de kamer.
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
275000
2000
Dus wisten we dat als we wilden
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
277000
3000
dat dit stuk metaal zich kwantummechanisch zou gedragen,
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
280000
2000
we alle passagiers buiten zouden moeten gooien.
04:57
And so that's what we did.
109
282000
2000
Dat deden we.
04:59
We turned off the lights,
110
284000
2000
We deden alle lichten uit
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
286000
2000
en plaatsten het in een vacuüm en zogen alle lucht eruit.
05:03
and then we cooled it down
112
288000
2000
Dan koelden we het
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
290000
2000
tot net een fractie van een graad boven het absolute nulpunt.
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
292000
2000
Nu, helemaal alleen in de lift,
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
294000
2000
is het kleine stukje metaal vrij om zich te gedragen hoe het wilt.
05:11
And so we measured its motion.
116
296000
2000
We maten zijn beweging.
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
298000
2000
We zagen dat het zich op erg rare manieren bewoog.
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
300000
3000
In plaats van perfect stil te zitten, vibreerde het.
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
303000
3000
Het vibreerde op een manier alsof het ademde
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
306000
2000
als een uitzettende en samentrekkende ballon.
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
308000
2000
Door het een zacht duwtje te geven,
05:25
we were able to make it both vibrate
122
310000
2000
konden we het laten vibreren
05:27
and not vibrate
123
312000
2000
en niet vibreren
05:29
at the same time --
124
314000
2000
tegelijkertijd --
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
316000
3000
iets dat slechts toegestaan is in kwantummechanica.
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
319000
3000
Wat ik hier vertel is iets werkelijk fantastisch.
05:37
What does it mean for one thing
127
322000
2000
Wat betekent het voor een ding om
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
324000
2000
te vibreren en niet te vibreren
05:41
at the same time?
129
326000
2000
tegelijkertijd?
05:43
So let's think about the atoms.
130
328000
2000
Laat ons denken aan de atomen.
05:45
So in one case:
131
330000
2000
Bijvoorbeeld:
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
332000
3000
alle triljoenen atomen die dat stuk metaal vormen,
05:50
are sitting still
133
335000
2000
staan stil
05:52
and at the same time those same atoms
134
337000
2000
en tegelijkertijd bewegen diezelfde atomen
05:54
are moving up and down.
135
339000
2000
naar boven en beneden.
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
341000
3000
Ze staan slechts op nauwgezette tijdstippen op één lijn.
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
344000
2000
De rest van de tijd zijn ze gedelokaliseerd.
06:01
That means that every atom
138
346000
2000
Dit betekent dat elk atoom
06:03
is in two different places at the same time,
139
348000
2000
in twee verschillende plaatsen is op hetzelfde tijdstip,
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
350000
3000
wat betekent dat het hele stuk metaal
06:08
is in two different places.
141
353000
2000
zich op twee plaatsen bevindt.
06:10
I think this is really cool.
142
355000
2000
Ik vind dat te gek.
06:12
(Laughter)
143
357000
2000
(Gelach)
06:14
Really.
144
359000
2000
Echt.
06:16
(Applause)
145
361000
3000
(Applaus)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
364000
5000
Het was het waard om mezelf al die jaren op te sluiten in een cleanroom om dit te doen.
06:24
because, check this out,
147
369000
2000
Want, kijk,
06:26
the difference in scale
148
371000
2000
het verschil in schaal
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
373000
2000
tussen een enkel atoom en dat stuk metaal
06:30
is about the same as the difference
150
375000
2000
is ongeveer hetzelfde als het verschil
06:32
between that chunk of metal and you.
151
377000
2000
tussen dat stuk metaal en jou.
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
379000
3000
Als een enkel atoom tegelijkertijd op twee verschillende plaatsen kan zijn,
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
382000
3000
kan dat stuk metaal op twee verschillende plaatsen zijn,
06:40
then why not you?
154
385000
2000
waarom jij dan niet?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
387000
3000
Ik bedoel, dit is slechts mijn logische kant.
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
391000
4000
Stel je voor dat je op verschillende plaatsen bent op hetzelfde tijdstip,
06:50
what would that be like?
157
395000
3000
hoe zou dat zijn?
06:53
How would your consciousness
158
398000
2000
Hoe zou je bewustzijn
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
400000
4000
omgaan met je lichaam gedelokaliseerd in de ruimte?
06:59
There's one more part to the story.
160
404000
2000
Er is nog een deel van het verhaal.
07:01
It's when we warmed it up,
161
406000
2000
Wanneer we het opwarmden
07:03
and we turned on the lights and looked inside the box,
162
408000
3000
en de lichten aandeden en in de doos keken,
07:06
we saw that the piece metal was still there in one piece.
163
411000
4000
zagen we dat het stuk metaal zich nog steeds op één plaats bevond.
07:10
And so I had to develop this new intuition,
164
415000
3000
Ik moest dus een nieuwe intuïtie ontwikkelen
07:13
that it seems like all the objects in the elevator
165
418000
3000
dat het lijkt dat al de objecten in de lift
07:16
are really just quantum objects
166
421000
2000
werkelijk slechts kwantumobjecten zijn
07:18
just crammed into a tiny space.
167
423000
2000
bij elkaar gepropt in een minuscule ruimte.
07:20
You hear a lot of talk
168
425000
2000
Je hoort veel zeggen
07:22
about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
169
427000
3000
over hoe kwantummechanica aantoont dat alles met elkaar verbonden is.
07:25
Well, that's not quite right.
170
430000
2000
Wel, dat is niet helemaal juist.
07:27
It's more than that; it's deeper.
171
432000
3000
Het is meer dan dat, het is dieper.
07:30
It's that those connections,
172
435000
2000
Het is zo dat al die connecties,
07:32
your connections to all the things around you,
173
437000
3000
jouw connecties met al de dingen rondom jou
07:35
literally define who you are,
174
440000
3000
letterlijk definiëren wie je bent.
07:38
and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
175
443000
3000
Dat is de diepgaande rariteit van kwantummechanica.
07:41
Thank you.
176
446000
2000
Dank je.
07:43
(Applause)
177
448000
2000
(Applaus)
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