This is a representation of your brain, and your brain can be broken into two parts. There's the left half, which is the logical side, and then the right half, which is the intuitive. And so if we had a scale to measure the aptitude of each hemisphere, then we can plot our brain. And for example, this would be somebody who's completely logical. This would be someone who's entirely intuitive. So where would you put your brain on this scale? Some of us may have opted for one of these extremes, but I think for most people in the audience, your brain is something like this -- with a high aptitude in both hemispheres at the same time. It's not like they're mutually exclusive or anything. You can be logical and intuitive.
זוהי תצוגת המוח שלנו. ניתן לחלק את מוחנו לשני חלקים. שם זה החצי השמאלי, שהוא הצד של ההיגיון, וכאן זה החצי הימני, שהוא הצד האינטואיטיבי. אם היה לנו סרגל כדי למדוד את היכולות של כל חצי, היינו יכולים להציב את מוחנו על גרף. לדוגמא, זה היה מישהו שהוא כולו היגיון. וזה היה מישהו שהוא כולו אינטואיציה. היכן כל אחד היה שם את מוחו על גרף זה? חלקנו היו מעדיפים אולי את אחד הקצוות הללו. אבל אני חושב שאצל רוב האנשים בקהל זה, המוח הוא משהו כזה -- בעל יכולות גבוהות של שני החצאים בו-זמנית. זה לא שהם מבטלים אחד את השני. ניתן להיות גם הגיוני וגם אינטואיטיבי.
And so I consider myself one of these people, along with most of the other experimental quantum physicists, who need a good deal of logic to string together these complex ideas. But at the same time, we need a good deal of intuition to actually make the experiments work. How do we develop this intuition? Well we like to play with stuff. So we go out and play with it, and then we see how it acts, and then we develop our intuition from there. And really you do the same thing.
וכך,אני מחשיב את עצמי כאחד מאנשים כאלה. ביחד עם רוב הפיזיקאים הניסיוניים בתורת הקוונטים, אנו זקוקים להרבה מאוד היגיון כדי לחבר ביחד רעיונות מורכבים אלה. אבל באותו זמן, אנו גם זקוקים להרבה מאוד אינטואיציה כדי לגרום לניסויים לעבוד. כיצד אנו מפתחים אינטואיציה זו? ובכן, אנו אוהבים לשחק עם דברים. אנו משחקים עם זה ורואים כיצד זה עובד. ומזה אנו מפתחים את האינטואיציה שלנו. גם אתם עושים ממש אותו הדבר.
So some intuition that you may have developed over the years is that one thing is only in one place at a time. I mean, it can sound weird to think about one thing being in two different places at the same time, but you weren't born with this notion, you developed it. And I remember watching a kid playing on a car stop. He was just a toddler and he wasn't very good at it, and he kept falling over. But I bet playing with this car stop taught him a really valuable lesson, and that's that large things don't let you get right past them, and that they stay in one place.
כך שחלק מהאינטואיציה שאולי פיתחתם במשך השנים היא שדבר מסויים נמצא אך ורק במקום אחד ברגע מסויים. כלומר, זה עשוי להיות מוזר לחשוב על כך שדבר מסויים נמצא בשני מקומות שונים בו-זמנית, אבל לא נולדנו עם הרעיון הזה, אלא פיתחנו אותו. אני זוכר שראיתי ילד משחק על חוסם מכוניות. הוא היה פעוט והוא נפל הרבה. אבל אני בטוח שהמשחק הזה לימד אותו שיעור בעל ערך, והוא שדברים גדולים לא נותנים לך לעבור דרכם, ושהם נשארים במקום אחד.
And so this is a great conceptual model to have of the world, unless you're a particle physicist. It'd be a terrible model for a particle physicist, because they don't play with car stops, they play with these little weird particles. And when they play with their particles, they find they do all sorts of really weird things -- like they can fly right through walls, or they can be in two different places at the same time. And so they wrote down all these observations, and they called it the theory of quantum mechanics.
וזהו מודל תפיסתי חשוב על העולם, אלא אם אתה פיזיקאי חלקיקים. כי אז זה יהיה מודל איום בשביל פיזיקאי חלקיקים, מאחר והם לא משחקים עם חוסמי מכוניות, אלא עם חלקיקים זעירים ומוזרים. וכאשר הם משחקים עם החלקיקים שלהם, הם מוצאים אותם עושים כל מיני דברים באמת מוזרים -- לדוגמא, הם יכולים לעבור דרך קירות, או, הם יכולים להיות בשני מקומות שונים בו-זמנית. הם רשמו את כל התצפיות הללו, והם כינו אותן מכניקה קוונטית.
And so that's where physics was at a few years ago; you needed quantum mechanics to describe little, tiny particles. But you didn't need it to describe the large, everyday objects around us. This didn't really sit well with my intuition, and maybe it's just because I don't play with particles very often. Well, I play with them sometimes, but not very often. And I've never seen them. I mean, nobody's ever seen a particle. But it didn't sit well with my logical side either. Because if everything is made up of little particles and all the little particles follow quantum mechanics, then shouldn't everything just follow quantum mechanics? I don't see any reason why it shouldn't. And so I'd feel a lot better about the whole thing if we could somehow show that an everyday object also follows quantum mechanics. So a few years ago, I set off to do just that.
וזה המצב שהפיזיקה היתה בו עד לפני כמה שנים; היינו זקוקים למכניקה קוונטית כדי לתאר חלקיקים זעירים. אבל לא היה בה צורך כדי לתאר עצמים גדולים ויומיומיים סביבנו. זה לא הסתדר לי עם האינטואיציה שלי, ואולי זה רק כי אני לא משחק עם חלקיקים לעיתים קרובות. טוב, אני משחק איתם לפעמים, אבל לא לעיתים קרובות. ואף פעם לא ראיתי אותם. כלומר, אף אחד לא ראה אי-פעם חלקיק. אבל זה גם לא הסתדר לי עם ההיגיון. מכיוון שאם הכל בנוי מחלקיקים קטנים וכל החלקיקים הקטנים מצייתים למכניקה קוונטית, אז האם לא כל דבר צריך לציית למכניקה קוונטית? איני רואה סיבה מדוע לא. לכן הייתי מרגיש הרבה יותר טוב בכל הנושא הזה אם היינו יכולים להראות איכשהו שגם עצם רגיל מציית למכניקה קוונטית. לכן לפני מספר שנים התחלתי לפעול בעניין
So I made one. This is the first object that you can see that has been in a mechanical quantum superposition. So what we're looking at here is a tiny computer chip. And you can sort of see this green dot right in the middle. And that's this piece of metal I'm going to be talking about in a minute. This is a photograph of the object. And here I'll zoom in a little bit. We're looking right there in the center. And then here's a really, really big close-up of the little piece of metal. So what we're looking at is a little chunk of metal, and it's shaped like a diving board, and it's sticking out over a ledge. And so I made this thing in nearly the same way as you make a computer chip. I went into a clean room with a fresh silicon wafer, and then I just cranked away at all the big machines for about 100 hours. For the last stuff, I had to build my own machine -- to make this swimming pool-shaped hole underneath the device. This device has the ability to be in a quantum superposition, but it needs a little help to do it.
ויצרתי אחד כזה. זהו העצם הראשון שאתם מסוגלים לראות שהיה תחת סופרפוזיציה (ריבוי מיקומים) קוונטית. מה שרואים כאן הוא שבב מחשב קטנטן. וניתן לראות בערך את הנקודה הירוקה ממש במרכז. וזוהי חתיכת המתכת שאני עומד לדבר עליה עוד מעט. זהו צילום של הדבר. ואני אתקרב קצת. אנו צופים ממש ישר במרכז. והנה תקריב ממש, ממש גדול של פיסת המתכת הקטנה. מה שאנו צופים בו היא חתיכת מתכת קטנה, וצורתה כשל מקפצת בריכה והיא בולטת החוצה על-פני האדן. יצרתי דבר זה כמעט באותה דרך שבה יוצרים שבב מחשב. נכנסתי לחדר נקי עם שבב סיליקון טרי, ואז פשוט התעסקתי עם כל המכונות הגדולות במשך כ-100 שעות. בשלב האחרון, היה עליי לבנות מכונה משלי -- כדי לייצר את הקדח בצורת בריכת-שחיה תחת ההתקן. להתקן זה יש היכולת להיות בריבוי-מיקומים קוונטי, אבל הוא זקוק למעט עזרה כדי לעשות זאת.
Here, let me give you an analogy. You know how uncomfortable it is to be in a crowded elevator? I mean, when I'm in an elevator all alone, I do all sorts of weird things, but then other people get on board and I stop doing those things because I don't want to bother them, or, frankly, scare them. So quantum mechanics says that inanimate objects feel the same way. The fellow passengers for inanimate objects are not just people, but it's also the light shining on it and the wind blowing past it and the heat of the room. And so we knew, if we wanted to see this piece of metal behave quantum mechanically, we're going to have to kick out all the other passengers.
ברשותכם אעשה לכם אנלוגיה. יודעים עד כמה זה לא נוח להיות במעלית דחוסה באנשים? כלומר, כאשר אני לבד במעלית, אני עושה כל מיני דברים מוזרים, אבל אז נכנסים אנשים אחרים ואני מפסיק לעשות את אותם הדברים, כי אני לא רוצה להטרידם, או, יותר נכון, להפחידם. אז מכניקה קוונטית אומרת שעצמים דוממים מרגישים אותו הדבר. הנוסעים האחרים בשביל עצמים דוממים הם לא רק האנשים, אלא גם האור שמאיר עליהם והרוח הנושבת עליהם וחום החדר. לכן ידענו שאם רוצים לראות את פיסת המתכת הזו מתנהגת לפי מכניקה קוונטית, עלינו לסלק החוצה את כל הנוסעים האחרים.
And so that's what we did. We turned off the lights, and then we put it in a vacuum and sucked out all the air, and then we cooled it down to just a fraction of a degree above absolute zero. Now, all alone in the elevator, the little chunk of metal is free to act however it wanted. And so we measured its motion. We found it was moving in really weird ways. Instead of just sitting perfectly still, it was vibrating, and the way it was vibrating was breathing something like this -- like expanding and contracting bellows. And by giving it a gentle nudge, we were able to make it both vibrate and not vibrate at the same time -- something that's only allowed with quantum mechanics.
ולכן זה מה שעשיתי. כיבינו את האורות, ואז שמנו אותה בתא-ואקום ושאבנו את כל האויר, ואחר-כך קיררנו אותה עד פחות ממעלה אחת מעל לאפס המוחלט. עכשיו, כל כולה לבדה במעלית, פיסת המתכת הקטנה היתה חופשיה להתנהג איך שהיא רוצה. וכך מדדנו את תנועתה. מצאנו שהיא נעה באופן מאוד מוזר. במקום פשוט להיות במנוחה, היא רטטה. והאופן בו רטטה היה לנשום ככה -- כאילו מפוח שמתפשט ומתכווץ. ובכך שנתננו לה טפיחה קלה, היינו מסוגלים לגרום גם לרטוט וגם לא לרטוט בו-זמנית -- משהו שיכול להתרחש רק במכניקה קוונטית.
So what I'm telling you here is something truly fantastic. What does it mean for one thing to be both vibrating and not vibrating at the same time? So let's think about the atoms. So in one case: all the trillions of atoms that make up that chunk of metal are sitting still and at the same time those same atoms are moving up and down. Now it's only at precise times when they align. The rest of the time they're delocalized. That means that every atom is in two different places at the same time, which in turn means the entire chunk of metal is in two different places. I think this is really cool. (Laughter) Really.
מה שאני מספר לכם כאן זה באמת משהו פנטסטי. מה המשמעות של גם לרטוט וגם לא לרטוט בו-זמנית? הבה נחשוב על האטומים. במצב אחד: כל טריליוני האטומים היוצרים את פיסת המתכת יושבים בשקט ובאותו הזמן אותם האטומים נעים מעלה מטה. רק בזמנים מאוד מסויימים הם מסודרים ביחד. בשאר הזמן, הם מוסטים ממקומם. זה אומר שכל אטום נמצא בשני מקומות שונים בו-זמנית, שזה אומר שכל פיסת המתכת נמצאת בשני מקומות שונים. אני חושב שזה ממש מדליק. (צחוק) באמת.
(Applause)
(מחיאות כפיים)
It was worth locking myself in a clean room to do this for all those years because, check this out, the difference in scale between a single atom and that chunk of metal is about the same as the difference between that chunk of metal and you. So if a single atom can be in two different places at the same time, that chunk of metal can be in two different places, then why not you? I mean, this is just my logical side talking. So imagine if you're in multiple places at the same time, what would that be like? How would your consciousness handle your body being delocalized in space?
זה היה שווה להינעל בחדר נקי לכל השנים האלו כדי לבצע זאת. כי, תראו את זה, ההבדל במימדים בין אטום בודד ואותה פיסת מתכת הוא בערך זהה להבדל בין אותה פיסה ואנחנו. לכן אם אטום בודד יכול להיות בשני מקומות שונים בו-זמנית, ואותה פיסת מתכת יכולה להיות בשני מקומות שונים, אז מדוע לא אנחנו? כלומר, זהו רק הצד של ההיגיון שלי שמדבר. לכן דמיינו שאנחנו נמצאים במקומות רבים בו-זמנית, איך נרגיש אז? כיצד התודעה שלנו תתיחס לגופנו שאינו נמצא במקום מוגדר בחלל?
There's one more part to the story. It's when we warmed it up, and we turned on the lights and looked inside the box, we saw that the piece metal was still there in one piece. And so I had to develop this new intuition, that it seems like all the objects in the elevator are really just quantum objects just crammed into a tiny space.
ויש צד נוסף לסיפור. כאשר חיממנו אותה, והדלקנו את האורות והסתכלנו פנימה, ראינו שפיסת המתכת עדיין נשארה שלמה. ולכן היה עליי לפתח אינטואיציה חדשה, והיא שנראה כאילו כל העצמים במעלית הם באמת עצמים קוונטיים הדחוסים בחלל קטנטן.
You hear a lot of talk about how quantum mechanics says that everything is all interconnected. Well, that's not quite right. It's more than that; it's deeper. It's that those connections, your connections to all the things around you, literally define who you are, and that's the profound weirdness of quantum mechanics.
שומעים הרבה על כך שלפי מכניקה קוונטית הכל מקושר ביחד. ובכן, זה לא לגמרי נכון; זה יותר מזה, זה יותר עמוק. זה כל אותם הקשרים, הקשרים שלנו עם כל הדברים מסביבנו, פשוטו כמשמעו, מגדירים מי אנחנו. וזו המוזרות התהומית של מכניקה קוונטית.
Thank you.
תודה לכם.
(Applause)
(מחיאות כפיים)