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

Аарон О’Коннелл разбирается в видимом квантовом объекте

Переводчик: Irina Makarova Редактор: Paul Shoust

This is a representation of your brain,

Это схематическое представление человеческого мозга.

and your brain can be broken into two parts.

Мозг можно разбить на две части:

There's the left half, which is the logical side,

левая половина отвечает за логику,

and then the right half,

правая половина -

which is the intuitive.

за интуицию.

And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere,

Если бы у нас была шкала для измерения доминирования полушарий [головного мозга],

then we can plot our brain.

мы могли бы составить карту мозга.

And for example, this would be somebody who's completely logical.

Это – кто-то, кто полностью полагается на логику.

This would be someone who's entirely intuitive.

А это - человек, полагающийся на интуицию.

So where would you put your brain on this scale?

Где бы вы разместили ваш мозг на этой шкале?

Some of us may have opted for one of these extremes,

Некоторые, вероятно, выбрали бы одно из крайних положений,

but I think for most people in the audience,

но, как я полагаю, у большинства присутствующих

your brain is something like this --

мозг функционирует так -

with a high aptitude in both hemispheres at the same time.

с высоким уровнем развития обоих полушарий одновременно.

It's not like they're mutually exclusive or anything.

Они не являются взаимоисключающими.

You can be logical and intuitive.

Человек может мыслить и логично, и интуитивно.

And so I consider myself one of these people,

И себя я тоже считаю таковым,

along with most of the other experimental quantum physicists,

как и других физиков, экспериментирующих с квантовой механикой.

who need a good deal of logic

Таким людям для системного взгляда на сложные идеи

to string together these complex ideas.

нужна логика.

But at the same time, we need a good deal of intuition

но, в то же время, нужна и интуиция

to actually make the experiments work.

для планирования успешных экспериментов.

How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff.

Как мы развиваем эту интуицию? Нам нравится играть с окружающим миром.

So we go out and play with it, and then we see how it acts,

Мы начинаем экспериментировать и играть с окружающим миром, при этом наблюдая за его реакцией.

and then we develop our intuition from there.

Так и развивается наша интуиция.

And really you do the same thing.

Вы наверняка поступаете так же.

So some intuition

Поэтому интуитивно

that you may have developed over the years

с годами вы осознали то,

is that one thing is only in one place at a time.

что вещь может находиться одновременно только в одном месте.

I mean, it can sound weird to think about

Сама мысль о том, что вещь находится в двух местах одновременно,

one thing being in two different places at the same time,

может показаться странной,

but you weren't born with this notion, you developed it.

но вы не родились с этой идеей - вы развили её.

And I remember watching a kid playing on a car stop.

Помню, как наблюдал за ребёнком, играющим с ограждением.

He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over.

Он ещё только начинал ходить, и это не совсем у него получалось - он продолжал спотыкаться.

But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson,

Но я уверен, что та игра преподала ему ценный урок -

and that's that large things don't let you get right past them,

большие предметы не позволяют пройти сквозь них

and that they stay in one place.

и продолжают оставаться на прежнем месте.

And so this is a great conceptual model to have of the world,

Эта отличная концептуальная модель мира,

unless you're a particle physicist.

но не для физиков, изучающих элементарные частицы.

It'd be a terrible model for a particle physicist,

Для этих учёных это ужасная модель.

because they don't play with car stops,

потому что они не играют с бетонными блоками -

they play with these little weird particles.

они играют со странными маленькими частицами.

And when they play with their particles,

И когда они играют с этими частицами,

they find they do all sorts of really weird things --

то обнаруживают, что частицы способны выкидывать странные штуки -

like they can fly right through walls,

летать сквозь стены

or they can be in two different places at the same time.

или быть в двух местах одновременно.

And so they wrote down all these observations,

Физики записали все эти наблюдения

and they called it the theory of quantum mechanics.

и назвали их теорией квантовой механики.

And so that's where physics was at a few years ago;

Таково было состояние физики несколько лет назад;

you needed quantum mechanics

квантовая механика понадобилась

to describe little, tiny particles.

для описания маленьких, крошечных частиц.

But you didn't need it

Но она не была нужна

to describe the large, everyday objects around us.

для описания больших объектов, которые ежедневно окружают нас.

This didn't really sit well with my intuition,

Однако моя интуиция подсказывала мне, что что-то здесь не так,

and maybe it's just because I don't play with particles very often.

вероятно, так как я не особо часто играю с элементарными частицами.

Well, I play with them sometimes,

Конечно, я играю с ними иногда,

but not very often.

но не слишком часто.

And I've never seen them.

И я никогда их не видел.

I mean, nobody's ever seen a particle.

Их вообще никто никогда не видел.

But it didn't sit well with my logical side either.

Но и логика подсказывала мне обратное:

Because if everything is made up of little particles

если всё сделано из элементарных частиц,

and all the little particles

а элементарные частицы

follow quantum mechanics,

подчиняются законам квантовой механики,

then shouldn't everything just follow quantum mechanics?

то почему всё не подчиняется этим законам?

I don't see any reason why it shouldn't.

Я не вижу причины, по которой это могло бы быть не так.

And so I'd feel a lot better about the whole thing

Поэтому я бы более уверился в своей правоте,

if we could somehow show

если бы смог показать,

that an everyday object

что обычный предмет

also follows quantum mechanics.

тоже следует законам квантовой механики.

So a few years ago, I set off to do just that.

Несколько лет назад я начал работать над этим.

So I made one.

И я сделал такой предмет.

This is the first object

Это первый в мире

that you can see

видимый глазом объект,

that has been in a mechanical quantum superposition.

который находился в квантовой суперпозиции.

So what we're looking at here

Здесь вы видите

is a tiny computer chip.

крошечный компьютерный чип.

And you can sort of see this green dot right in the middle.

Прямо в центре - зелёная точка.

And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute.

Именно об этом кусочке металла я и поведаю.

This is a photograph of the object.

Это фотография объекта.

And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center.

Сейчас немного приближу её. Мы смотрим прямо в центр.

And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal.

А это сильно увеличенное изображение этого кусочка металла.

So what we're looking at is a little chunk of metal,

Итак, мы видим маленький кусочек металла,

and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge.

который имеет форму трамплина и выступает за край.

And so I made this thing

Этот предмет я сделал

in nearly the same way as you make a computer chip.

почти по той же технологии, что используют для производства чипов.

I went into a clean room with a fresh silicon wafer,

Я вошёл в идеально чистую комнату с новенькой кремниевой заготовкой

and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours.

и потом запускал все эти огромные машины, потратив на это около 100 часов.

For the last stuff, I had to build my own machine --

Для последнего этапа мне пришлось построить свою собственную машину -

to make this swimming pool-shaped hole

чтобы сделать это отверстие в форме бассейна

underneath the device.

под устройством.

This device has the ability

Итак, этот предмет способен

to be in a quantum superposition,

находиться в квантовой суперпозиции,

but it needs a little help to do it.

но для этого ему надо немного помочь.

Here, let me give you an analogy.

Сейчас приведу вам аналогию.

You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator?

Вы ведь представляете, насколько неудобно находиться в переполненном лифте?

I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things,

Когда я в лифте один, то могу вытворять что душе угодно,

but then other people get on board

но когда в него заходят другие люди,

and I stop doing those things

мне приходится угомониться,

because I don't want to bother them,

потому что я не хочу их беспокоить,

or, frankly, scare them.

и, честно говоря, пугать.

So quantum mechanics says

Согласно квантовой механике,

that inanimate objects feel the same way.

неодушевлённые предметы ведут себя подобным образом.

The fellow passengers for inanimate objects

Причём попутчиками для них являются

are not just people,

не только люди,

but it's also the light shining on it

но и свет, падающий на них,

and the wind blowing past it and the heat of the room.

и ветер, их обдувающий, и даже тепло в комнате.

And so we knew, if we wanted to see

Поэтому, чтобы увидеть, как этот кусочек метелла

this piece of metal behave quantum mechanically,

будет подчиняться законам квантовой механики,

we're going to have to kick out all the other passengers.

необходимо удалить всех "попутчиков".

And so that's what we did.

Это мы и сделали.

We turned off the lights,

Выключили свет,

and then we put it in a vacuum and sucked out all the air,

поместили металл в вакуум и выкачали весь воздух,

and then we cooled it down

затем охладили его

to just a fraction of a degree above absolute zero.

почти до абсолютного нуля.

Now, all alone in the elevator,

Теперь, будучи один "в лифте",

the little chunk of metal is free to act however it wanted.

маленький кусочек металла может вести себя как ему заблагорассудится.

And so we measured its motion.

А мы в это время измеряли его движения.

We found it was moving in really weird ways.

Мы обнаружили, что он ведёт себя крайне странно.

Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating,

Так, вместо того, чтобы просто находиться в спокойном состоянии, он вибрировал.

and the way it was vibrating was breathing something like this --

Вибрировал он примерно так,

like expanding and contracting bellows.

как расширяющиеся и сокращающиеся кузнечные мехи.

And by giving it a gentle nudge,

Когда мы его слегка подтолкнули,

we were able to make it both vibrate

он стал вибрировать

and not vibrate

и не вибрировать

at the same time --

одновременно -

something that's only allowed with quantum mechanics.

так ведут себя только объекты квантовой механики.

So what I'm telling you here is something truly fantastic.

Всё, что я вам сейчас рассказываю, поистине фантастично.

What does it mean for one thing

Что означает, когда предмет

to be both vibrating and not vibrating

вибрирует и не вибрирует

at the same time?

одновременно?

So let's think about the atoms.

Давайте поговорим об атомах.

So in one case:

Возьмём такой пример:

all the trillions of atoms that make up that chunk of metal

все триллионы атомов, из которых состоит кусочек металла,

are sitting still

находятся в состоянии покоя

and at the same time those same atoms

и в то же время они

are moving up and down.

движутся вверх и вниз.

Now it's only at precise times when they align.

И только в определённое время они выстраиваются в ряды.

The rest of the time they're delocalized.

В остальное время они находятся в делокализованном состоянии.

That means that every atom

То есть каждый атом

is in two different places at the same time,

находится в двух разных местах одновременно,

which in turn means the entire chunk of metal

что, в свою очередь, означает, что весь кусочек металла

is in two different places.

находится в двух разных местах.

I think this is really cool.

Я считаю, что это прикольно.

(Laughter)

(Смех)

Really.

Правда!

(Applause)

(Аплодисменты)

It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years

Ради этого стоило запереться в стерильной комнате на годы.

because, check this out,

Задумайтесь:

the difference in scale

разница масштаба

between a single atom and that chunk of metal

между атомом и кусочком металла

is about the same as the difference

почти такая же,

between that chunk of metal and you.

как между кусочком металла и человеком.

So if a single atom can be in two different places at the same time,

Если атом может находиться в двух местах одновременно

that chunk of metal can be in two different places,

и этот кусочек металла может находиться в двух местах одновременно,

then why not you?

то почему бы не человек?

I mean, this is just my logical side talking.

Такова логика моих рассуждений.

So imagine if you're in multiple places at the same time,

Представьте себе, если бы вы находились в разных местах одновременно,

what would that be like?

как бы вы себя чувствовали?

How would your consciousness

Как ваше сознание

handle your body being delocalized in space?

справлялось бы с тем, что тело ваше делокализовано?

There's one more part to the story.

Но это ещё не вся история.

It's when we warmed it up,

Если мы подогреем [кусок металла],

and we turned on the lights and looked inside the box,

включим свет и заглянем в коробку,

we saw that the piece metal was still there in one piece.

то увидим, что он по-прежнему там, в едином состоянии.

And so I had to develop this new intuition,

И интуитивно я полагаю,

that it seems like all the objects in the elevator

что все предметы в лифте

are really just quantum objects

тоже являются объектами квантовой механики,

just crammed into a tiny space.

скученными в крошечном пространстве.

You hear a lot of talk

Вы много слышали о том,

about how quantum mechanics says that everything is all interconnected.

что, согласно квантовой механике, всё взаимосвязано.

Well, that's not quite right.

Это не вполне так;

It's more than that; it's deeper.

на самом деле всё гораздо серьёзнее.

It's that those connections,

Именно все те связи,

your connections to all the things around you,

ваши связи со всеми объектами, окружающими вас,

literally define who you are,

в буквальном смысле определяют то, кто вы есть.

and that's the profound weirdness of quantum mechanics.

И это самая большая странность квантовой механики.

Thank you.

Благодарю вас.

(Applause)

(Аплодисменты)