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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2011-06-03 ・ TED


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アーロン・オコンネル:目に見える量子物体を理解する

140,760 views ・ 2011-06-03

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下の英語字幕をダブルクリックすると動画を再生できます。

翻訳: Yuki Okada 校正: Sawa Horibe
00:15
This is a representation of your brain,
0
15260
3000
これは脳を表しています
00:18
and your brain can be broken into two parts.
1
18260
3000
脳は二つの部分に分けられます
00:21
There's the left half, which is the logical side,
2
21260
2000
左半分は論理を司り
00:23
and then the right half,
3
23260
2000
右半分は
00:25
which is the intuitive.
4
25260
2000
直感を担当します
00:27
And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,
5
27260
3000
左右の脳半球の能力を示す基準があれば
00:30
then we can plot our brain.
6
30260
2000
脳を図に表すことが可能です
00:32
And for example, this would be somebody who's completely logical.
7
32260
3000
例えばこの場合 完全に論理的な人を表します
00:35
This would be someone who's entirely intuitive.
8
35260
3000
この場合は完全に直感的な人でしょう
00:39
So where would you put your brain on this scale?
9
39260
3000
皆さんの脳はどの位置でしょうか
00:42
Some of us may have opted for one of these extremes,
10
42260
3000
極端なパターンの人もいるかもしれませんが
00:45
but I think for most people in the audience,
11
45260
2000
皆さんの脳は大抵
00:47
your brain is something like this --
12
47260
2000
こんな風に
00:49
with a high aptitude in both hemispheres at the same time.
13
49260
3000
同時に両半球で高い能力を持っていると思います
00:52
It's not like they're mutually exclusive or anything.
14
52260
2000
双方相容れない訳でなく
00:54
You can be logical and intuitive.
15
54260
2000
論理的且つ直感的になれるのです
00:56
And so I consider myself one of these people,
16
56260
3000
私もこの分類に入ると思っています
00:59
along with most of the other experimental quantum physicists,
17
59260
3000
他の実験量子物理学者の多くもそうです
01:02
who need a good deal of logic
18
62260
2000
量子物理の複雑な考えをまとめる
01:04
to string together these complex ideas.
19
64260
2000
論理性が必要である一方
01:06
But at the same time, we need a good deal of intuition
20
66260
3000
実験を成功させるための
01:09
to actually make the experiments work.
21
69260
2000
かなりの直感が必要なのです
01:11
How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.
22
71260
3000
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
01:14
So we go out and play with it, and then we see how it acts,
23
74260
3000
試しにいろいろやってみて その結果を見てみます
01:17
and then we develop our intuition from there.
24
77260
3000
そこから直感を培っていくのです
01:20
And really you do the same thing.
25
80260
2000
皆さんも同じ事をしています
01:22
So some intuition
26
82260
2000
何年もかけて
01:24
that you may have developed over the years
27
84260
2000
皆さんが培ってきた直感の一つは
01:26
is that one thing is only in one place at a time.
28
86260
4000
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
01:30
I mean, it can sound weird to think about
29
90260
3000
一つの物が 同時に二つの異なる場所に
01:33
one thing being in two different places at the same time,
30
93260
4000
存在するというのは 奇妙に感じるでしょう
01:37
but you weren't born with this notion, you developed it.
31
97260
3000
これは生まれもった概念ではなく 培ってきたものです
01:40
And I remember watching a kid playing on a car stop.
32
100260
3000
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
01:43
He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.
33
103260
3000
よちよち歩きの幼児で よく落ちていました
01:46
But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,
34
106260
3000
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
01:49
and that's that large things don't let you get right past them,
35
109260
4000
それは 大きい物体は自分を通り抜けることはせず
01:53
and that they stay in one place.
36
113260
3000
一つの場所にとどまるということです
01:56
And so this is a great conceptual model to have of the world,
37
116260
3000
これは世界の概念として優れたモデルです
01:59
unless you're a particle physicist.
38
119260
2000
でも素粒子物理学者の観点では
02:01
It'd be a terrible model for a particle physicist,
39
121260
2000
ひどいモデルです
02:03
because they don't play with car stops,
40
123260
2000
彼らの対象は車止めでなく
02:05
they play with these little weird particles.
41
125260
3000
素粒子という奇妙なものだからです
02:08
And when they play with their particles,
42
128260
2000
素粒子を扱ってみると それが
02:10
they find they do all sorts of really weird things --
43
130260
2000
本当に奇妙なことをすることを知りました
02:12
like they can fly right through walls,
44
132260
3000
壁を通り抜けたり
02:15
or they can be in two different places at the same time.
45
135260
4000
二つの異なる場所に同時に存在するのです
02:19
And so they wrote down all these observations,
46
139260
3000
このような観測内容はまとめられ
02:22
and they called it the theory of quantum mechanics.
47
142260
4000
量子力学理論と名付けられました
02:26
And so that's where physics was at a few years ago;
48
146260
3000
それが数年前の頃の物理学でした
02:29
you needed quantum mechanics
49
149260
2000
極めて小さな素粒子の説明には
02:31
to describe little, tiny particles.
50
151260
2000
量子力学が必要です
02:33
But you didn't need it
51
153260
2000
でも私たちの周囲にある
02:35
to describe the large, everyday objects around us.
52
155260
4000
普通の大きさの物体の説明には必要ありません
02:39
This didn't really sit well with my intuition,
53
159260
3000
これは私の直感に しっくりきませんでしたが
02:42
and maybe it's just because I don't play with particles very often.
54
162260
3000
普段から 素粒子を扱わないからかもしれません
02:45
Well, I play with them sometimes,
55
165260
2000
たまに扱うこともありますが
02:47
but not very often.
56
167260
2000
めったにありません
02:49
And I've never seen them.
57
169260
2000
それに見たこともありません
02:51
I mean, nobody's ever seen a particle.
58
171260
3000
そもそも素粒子を見た人は誰もいません
02:54
But it didn't sit well with my logical side either.
59
174260
3000
さらに 論理的にもしっくりきませんでした
02:57
Because if everything is made up of little particles
60
177260
3000
もし全ての物体が素粒子で構成され
03:00
and all the little particles
61
180260
2000
素粒子は
03:02
follow quantum mechanics,
62
182260
2000
量子力学に従うのであれば
03:04
then shouldn't everything just follow quantum mechanics?
63
184260
3000
全ての物体も量子力学に従うのではないでしょうか?
03:09
I don't see any reason why it shouldn't.
64
189260
3000
そうならない理由を見出すことができません
03:12
And so I'd feel a lot better about the whole thing
65
192260
2000
もし 通常の物体も
03:14
if we could somehow show
66
194260
2000
量子力学に従うことを
03:16
that an everyday object
67
196260
2000
何とか証明できれば全てが
03:18
also follows quantum mechanics.
68
198260
2000
納得できると考えました
03:20
So a few years ago, I set off to do just that.
69
200260
3000
そして数年前 その取り組みに着手しました
03:23
So I made one.
70
203260
3000
そして一つ作ってみたのです
03:26
This is the first object
71
206260
2000
これが機械的に
03:28
that you can see
72
208260
2000
量子重ね合わせ状態になった
03:30
that has been in a mechanical quantum superposition.
73
210260
3000
肉眼で見える初めての物体です
03:33
So what we're looking at here
74
213260
2000
今見ているのは
03:35
is a tiny computer chip.
75
215260
2000
小さなコンピュータチップです
03:37
And you can sort of see this green dot right in the middle.
76
217260
3000
真ん中に緑の点が見えます
03:40
And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.
77
220260
3000
これはこの後説明する金属片です
03:43
This is a photograph of the object.
78
223260
2000
これが物体の写真になります
03:45
And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.
79
225260
3000
ここを少し拡大してみます あの中心を見ています
03:48
And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.
80
228260
3000
これが小さな金属片を拡大した時のものです
03:51
So what we're looking at is a little chunk of metal,
81
231260
2000
今見ているのは小さな金属の塊で
03:53
and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.
82
233260
3000
ダイビング・ボードのような出っ張った形をしています
03:56
And so I made this thing
83
236260
2000
コンピュータチップを作るのと
03:58
in nearly the same way as you make a computer chip.
84
238260
2000
同じ方法でこれを作りました
04:00
I went into a clean room with a fresh silicon wafer,
85
240260
3000
新しいシリコンウェハーと共に クリーンルームの中で
04:03
and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.
86
243260
3000
100時間程 様々な巨大な機械を使い製作します
04:06
For the last stuff, I had to build my own machine --
87
246260
2000
最後の工程では 装置の下の
04:08
to make this swimming pool-shaped hole
88
248260
3000
水泳プールの形をした穴を作るために
04:11
underneath the device.
89
251260
2000
機械を自作する必要がありました
04:13
This device has the ability
90
253260
2000
この装置は
04:15
to be in a quantum superposition,
91
255260
2000
量子重ね合わせ状態になる機能がありますが
04:17
but it needs a little help to do it.
92
257260
2000
少し手助けが必要です
04:19
Here, let me give you an analogy.
93
259260
2000
ここである例えを紹介します
04:21
You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?
94
261260
3000
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
04:24
I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,
95
264260
3000
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
04:27
but then other people get on board
96
267260
2000
他の乗客が入ってくると
04:29
and I stop doing those things
97
269260
2000
そういうことはやめます
04:31
because I don't want to bother them,
98
271260
2000
他の人の迷惑になりたくないですし
04:33
or, frankly, scare them.
99
273260
3000
怖がらせたくありません
04:36
So quantum mechanics says
100
276260
2000
量子力学的には
04:38
that inanimate objects feel the same way.
101
278260
3000
無生物もそう思うようです
04:41
The fellow passengers for inanimate objects
102
281260
2000
乗客としての無生物は
04:43
are not just people,
103
283260
2000
人だけでなく
04:45
but it's also the light shining on it
104
285260
2000
差し込む光だったり
04:47
and the wind blowing past it and the heat of the room.
105
287260
3000
吹き抜ける風や室内の熱だったりします
04:50
And so we knew, if we wanted to see
106
290260
2000
ですから この金属片が
04:52
this piece of metal behave quantum mechanically,
107
292260
3000
量子力学的に振る舞うのを見るには 乗客を全て
04:55
we're going to have to kick out all the other passengers.
108
295260
2000
降ろす必要があると分かっていたので
04:57
And so that's what we did.
109
297260
2000
そうしました
04:59
We turned off the lights,
110
299260
2000
明かりを消して
05:01
and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,
111
301260
2000
吸引機で全ての空気を除去し
05:03
and then we cooled it down
112
303260
2000
絶対零度付近の温度まで
05:05
to just a fraction of a degree above absolute zero.
113
305260
2000
冷やしました
05:07
Now, all alone in the elevator,
114
307260
2000
エレベーターに残されたこの小さな金属片は
05:09
the little chunk of metal is free to act however it wanted.
115
309260
2000
これで自由に振る舞う事が可能です
05:11
And so we measured its motion.
116
311260
2000
そこでその挙動を測定してみると
05:13
We found it was moving in really weird ways.
117
313260
2000
非常に奇妙な動きをしていました
05:15
Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,
118
315260
3000
完全に静止する代わりに 振動していたのです
05:18
and the way it was vibrating was breathing something like this --
119
318260
3000
振動はまるで呼吸のように
05:21
like expanding and contracting bellows.
120
321260
2000
肺が拡大 縮小をしているようでした
05:23
And by giving it a gentle nudge,
121
323260
2000
そして軽く押してみると
05:25
we were able to make it both vibrate
122
325260
2000
金属片に振動と無振動を
05:27
and not vibrate
123
327260
2000
同時に行わせることが
05:29
at the same time --
124
329260
2000
出来たのです
05:31
something that's only allowed with quantum mechanics.
125
331260
3000
それは量子力学においてのみあり得る動きです
05:34
So what I'm telling you here is something truly fantastic.
126
334260
3000
ここでお話していることは本当に素晴らしいことです
05:37
What does it mean for one thing
127
337260
2000
一つの物体が
05:39
to be both vibrating and not vibrating
128
339260
2000
振動と無振動を同時に行うとは
05:41
at the same time?
129
341260
2000
どういった事でしょうか?
05:43
So let's think about the atoms.
130
343260
2000
原子について考えてみましょう
05:45
So in one case:
131
345260
2000
例を出します
05:47
all the trillions of atoms that make up that chunk of metal
132
347260
3000
あの金属片を構成する無数の原子は
05:50
are sitting still
133
350260
2000
静止していますが
05:52
and at the same time those same atoms
134
352260
2000
同時に
05:54
are moving up and down.
135
354260
2000
上下にも動いています
05:56
Now it's only at precise times when they align.
136
356260
3000
一列に並ぶのは一瞬だけで
05:59
The rest of the time they're delocalized.
137
359260
2000
それ以外の時は離れています
06:01
That means that every atom
138
361260
2000
これが意味するのは 全ての原子が
06:03
is in two different places at the same time,
139
363260
2000
同時に二つの異なる場所に存在し
06:05
which in turn means the entire chunk of metal
140
365260
3000
すなわち 金属の塊は丸ごと二つの異なる場所に
06:08
is in two different places.
141
368260
2000
存在しているということです
06:10
I think this is really cool.
142
370260
2000
これは本当にスゴいことだと思います
06:12
(Laughter)
143
372260
2000
(笑)
06:14
Really.
144
374260
2000
本当ですよ
06:16
(Applause)
145
376260
3000
(拍手)
06:19
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years
146
379260
5000
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
06:24
because, check this out,
147
384260
2000
と言うのも 聞いてください
06:26
the difference in scale
148
386260
2000
一つの原子と
06:28
between a single atom and that chunk of metal
149
388260
2000
あの金属の塊との間の縮尺の違いは
06:30
is about the same as the difference
150
390260
2000
あの金属の塊と皆さんとの
06:32
between that chunk of metal and you.
151
392260
2000
縮尺の違いと大体同じです
06:34
So if a single atom can be in two different places at the same time,
152
394260
3000
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
06:37
that chunk of metal can be in two different places,
153
397260
3000
金属片も二つの異なる場所に存在できます
06:40
then why not you?
154
400260
2000
なら 皆さんにも可能では?
06:42
I mean, this is just my logical side talking.
155
402260
3000
これは私の論理的な視点の意見です
06:46
So imagine if you're in multiple places at the same time,
156
406260
4000
自分が複数の場所に存在していたら
06:50
what would that be like?
157
410260
3000
どうなるか想像してみてください
06:53
How would your consciousness
158
413260
2000
意識はどのようにして
06:55
handle your body being delocalized in space?
159
415260
4000
空間の一ヶ所に存在しない体に対応するのでしょうか?
06:59
There's one more part to the story.
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話にはもう一つ続きがあります
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It's when we warmed it up,
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物体を暖め
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and we turned on the lights and looked inside the box,
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明かりをつけ 箱の中を見たところ
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we saw that the piece metal was still there in one piece.
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金属片はまだそこに存在していました
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And so I had to develop this new intuition,
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そこで 新しい直感を形成する必要がありました
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that it seems like all the objects in the elevator
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エレベーターの中の全ての物体は
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are really just quantum objects
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実は紛れもない量子物体で
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just crammed into a tiny space.
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狭い空間にいるだけのようでした
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You hear a lot of talk
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量子力学上では
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about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.
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全ては相互に関連し合っていることをよく聞きます
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Well, that's not quite right.
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しかし 全く正しいとは言えません
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It's more than that; it's deeper.
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それだけの話ではなく もっと深いのです
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It's that those connections,
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周囲に存在する全ての物体と
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your connections to all the things around you,
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皆さんとの関連性が
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literally define who you are,
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文字通り皆さんを定義するのです
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and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
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それが量子力学のとても不思議な所なのです
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Thank you.
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ありがとうございました
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(Applause)
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(拍手)
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