YouTubeでもチェック&チャンネル登録!

アインシュタインをも論破!? ついに人間の瞬間移動にも現実味

アインシュタインをも論破!? ついに人間の瞬間移動にも現実味人体
アインシュタインをも論破!? ついに人間の瞬間移動にも現実味

 

人間の目には完全に静止しているように見えても、実際には止まっていない、そんなことがあり得るでしょうか?

原子の動きを観察できるレンズがもしあれば、静止していると思っていた物体であっても「振動する粒子の集合体」であることに気がつくのでしょう。

そのように動き回る物体を「超冷却」したならば、原子は完全に動きを止めることになります。

この純粋な量子状態を「振動基底状態」といいます。

これまでも、”重量ナノグラム”レベルの数百万の「原子雲」ならばどうにか静止させることができていましたが、今回、米マサチューセッツ工科大学(MIT)の研究グループが実現したのは、原子どころか人間ほどの大きさのある物体をほぼ完全に静止させることでした。

今回はこのような研究チームの日進月歩について注目していきましょう。

 

LALALAちゃんねる!の動画で見る

 

スポンサードリンク

 

振動基底状態とは?

物体が常に動いている、というのは、それを構成する原子がお互いや外部の影響と相互作用しているからです。

このような無造作な動きは、「温度」という形になって現れます。

そのため、物体を絶対零度にまで冷却することで動きは止まり、これを「振動基底状態」といいます。

わかりやすい例としては、誰かが投げたボールをキャッチしたときでしょうか。

ボールが手の中で動きを止めるのは、ボールに対して手から飛んできた衝撃と同じ力が加えられたからです。

原子もこれと同様に、等量かつ正反対の力で振動のエネルギーを相殺すれば、動きを止めて温度を下げることができるのです。

これをフィードバック冷却といいます。

それを実際に行うためには原子の「速度」や「方向」を精密に計測する必要がありますが、スディール氏らは、レーザー干渉重力波観測所(LIGO)ならできると考えました。

 

スポンサードリンク

 

陽子1万分の1個分の動きを計測するLIGO

LIGOの干渉計はトンネルのような構造をしており、トンネルの各末端には40キロの鏡がぶら下げられています。

ここにレーザーが当たるとブランコのように揺れ、そのときの揺れが陽子1万分の1個分の精密さで検出されるのです。

スディール氏らは、これを利用して人間程のサイズの物体の小さな動きを計測し、そこから算出された反対方向のエネルギーを加えて動きを相殺しようという案を編み出しました。

なお、ここで人間サイズの物体と言っているのは1つの物体ではなく、先ほど述べた40キロの鏡を意味します。

それらの動きを合わせると、数学的には10キロの単一の物体とみなせるのです。

 

鏡の動きを10-20メートル未満にまで抑制

レーザーで原子の動きを計測しようとすると、計測する時点で鏡がランダムに揺れ動きます。

これを「量子的反作用」といいますが、その時に連続的に計測し続けることで、通過した光子によって生じた鏡のランダムな反動を、後続の光子によって知ることができます。

研究グループがこうして鏡の動きを相殺する正反対の力を計算し、電磁石で発生させたところ、鏡全体をほぼ振動基底状態に近づけることに成功したといいます。

鏡に残されたエネルギーは極小で、10-20メートル未満、つまり陽子1000分の1個未満しか動かなくなったといいます。

完全な振動基底状態の温度は”10ナノケルビン”と予測されていますが、鏡の温度は77ナノケルビンにまで迫っていたそうです。

なお振動基底状態は、励起状態などの不思議な量子状態をつくり出す最初のステップであるため、今回のサイズ感での実現は、巨大な量子物体に重力が与える作用を観察できる可能性も示唆しています。

 

スポンサードリンク

 

原子を透明にする現象!?

私たちの周りにあるあらゆる物質が「原子」でできていることは言うまでもないでしょう。

次は、原子を超冷却し、さらに超圧縮すると、光を反射しなくなるため透明になってしまう原理についてです。

この現象は、すでに30年前に提言されていましたが、技術的に実現が難しく実際に確認されたことはありませんでした。

しかし、この度アメリカのマサチューセッツ工科大学、略してMITの研究グループが、ついにそれを実証したとの報告がありました。

 

原子が透明になる現象とは

光の粒子、つまり光子が原子の雲を通過する際に、光子はまるでビリヤードの球のように跳ね返り散乱します。

こうして光が放たれることで、原子の雲は目に見えます。

しかし30年前、物理学者プリチャード氏は次のように予測していました。

「原子を動けなくなるまで冷却し、さらに動くスペースがないほどの空間に押し込めた場合、身動きを取れなくなった原子の雲は、進入してきた光子を跳ね返せなくなります。

そうなれば、光が散乱されず、原子は見えなく、”透明”になるはずです」

 

スポンサードリンク

 

レーザーでの超冷却・超圧縮

今回念願の実証に成功したのは、ノーベル物理学賞受賞者でもあるケターレ教授が率いるMITの研究グループでした。

このグループは、「リチウム原子」の特殊な同位体を、20マイクロケルビン、つまり星間宇宙の10万分の1の温度にまで冷却し、レーザーによって、1㎤あたり原子4兆個の密度にまで超圧縮しました。

このように身動きが取れなくなった原子に対し、熱したり密度が崩れたりしてしまわないよう別のレーザーを慎重に照射しました。
するとかつての予言通り、原子が最大38%暗く、つまり散乱する光子が、38%少なくなったということが確認されました。

この実験では、20マイクロケルビンまで冷却されましたが、もし絶対零度まで冷却すれば、原子の雲は完全に透明になってしまうと考えられるのです。

 

スポンサードリンク

 

「パウリの排他原理」との関連

この現象は、「パウリの排他原理」や「パウリ・ブロッキング」と呼ばれる法則とも関係があるといいます。

原子を構成する粒子の1つである「電子」は、エネルギーの殻の中に配置され、いわゆるコンサート会場の座席のようなもので、別の列に移動するには、座席に空きがなければなりません。

座席が埋まっていると電子は移動できませんが、これがまさに「パウリの排他原理」で、世の中の物質が安定して存在するうえで不可欠な法則なのです。

原子が飛んできた光子を跳ね返すには、移動してその衝撃を吸収するための空いた座席が必要になるところを、超冷却・超圧縮で、座席を無理やり満席にすることで跳ね返せなくするのと同様なのです。

今回の実験は、こうしたパウリの排他原理を観察するまったく新しい方法でもあります。

 

量子コンピューターへの応用

こうした光子の散乱を抑える技術は、量子コンピューターのデータ保存技術としても応用できると考えられています。

量子コンピューターの動作は、量子レベルで制御されているため、光の散乱すら情報が漏れ出る懸念があります。

光子の散乱をうまく抑えることで、こうした問題を改善できる可能性があるのです。

 

人間の瞬間移動も可能に!?

原子の研究が進むにつれ、SF映画さながらの発見がなされることもあります。

オランダのデルフト工科大学の研究チームは、テレポート実験を行い、原子を100%の精度で瞬間移動させることに成功しました。物理的には、人間サイズの物体の移動も可能であるといいます。

ハンソン教授率いる研究チームが行った「窒素原子を使った量子テレポーテーション実験」の成功は世界初だそうで、注目を集めています。

量子テレポーテーションとは、古典的な情報伝達手段と量子もつれの効果を利用した瞬間移動のことです。

対象となる2つの量子のうち、片一方の状態が観測されると、瞬時にもう一方の状態が確定します。

ハンソン教授は、人間も一つの原子の集合体と捉えれば、原子の集合体のテレポートも可能であると言います。

いつか遠い未来、実現可能となるはずであるものの、光より速く移動しなければならない点のみが難点だといいます。

ハンソン教授の研究チームの実験の成功は、未来の量子インターネットの開発の大きな飛躍となっています。

 

いかがでしたか?
近年のいくつかの研究チームの発見は、アインシュタインが過去に否定していた「量子論」を実証するに至っています。かつての天才の理論を覆すような発見が今後多く発見されることに期待していきましょう。

 

参考 : science, eurekalert, dailymail, など

スポンサードリンク

コメント

タイトルとURLをコピーしました