量子情報物理学の研究者です。著書に『入門現代の量子力学 -量子情報・量子測定を中心として-』（講談社サイエンティフィク）『量子情報と時空の物理』（サイエンス社）。質問はMONDで。（https://mond.how/ja/hottaqu）Twitter: @hottaqu

宇宙のすべての基本粒子は、フェルミ粒子（Fermion）とボース粒子（Boson）という2つのグループのいずれかに分類されるというのが、これまでの定説であった。 フェルミ粒子とボース粒子の違いは、2つの同じ粒子を入れ替えたときの性質の変化にある。ボース粒子である光子を入れ替えても、その性質を表す量子波動関数は変化しない。一方、フェルミ粒子である電子を入れ替えると、波動関数は負の値になる。 この違いは実際の物理現象に大きな影響を与えている。例えば、ボース粒子は同じ場所に無限個まで重なることができ、これがレーザーの仕組みの基礎となっている。反対に、フェルミ粒子は同じ場所に2個以上存在できず、この性質が中性子星を崩壊から守っているのである。 例外として、2次元でのエニオン（anyon）と並んで、1950年代にHerbert Greenによって、より複雑な粒子交換モデル「パラ統計」の具体的な理論が

子ども時代にフラフープを遊んだ経験がある人の中には、苦もなく簡単にできた人もいれば、どんなに頑張ってもなかなかうまく回し続けられなかった人もいるはず。フラフープの物理的な挙動を数学的に検証する実験により、フラフープをうまく回せるかどうかに重要なのは回し方ではなく体形で、ずんどうな人ではフラフープを回し続けることはできないという身もフタもない結果が示されました。 Geometrically modulated contact forces enable hula hoop levitation | PNAS https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2411588121 How Does a Hula Hoop Master Gravity? Mathematicians Prove that Shape Matters https://www.nyu.ed

「光が光の影」を落とす影を知ることは光を知ることでもある矢印で示した部分が「光の影」となっています / Credit:Raphael A. Abrahao et al . Optica (2024)人類の影に対する理解は、常に光に対する理解と並行して進化してきました。 影の研究と利用は芸術と科学の歴史にも深く刻まれています。 たとえば演劇の分野では、影は影絵として世界中のさまざまな文化で数千年にわたり存在してきました。 両手を交差させた「カニ」や片手の小指を動かす「イヌ」の影絵は、誰もが一度は見たり試したりしたことがあるでしょう。 また美術の分野では、ルネサンス時代の影の研究が西洋絵画における写実主義の発展に大いに貢献しました。 原始的な芸術として知られる洞窟壁画や古代エジプトの壁画が影をあまり意識しない一方で、ルネサンス期以降の絵画ではあえて「影を描く」ことで物体を写真のように描くことに

このコーナーでは、2014年から先端テクノロジーの研究を論文単位で記事にしているWebメディア「Seamless」（シームレス）を主宰する山下裕毅氏が執筆。新規性の高い科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。 X： ＠shiropen2 米メリーランド大学と米ロチェスター大学に所属する研究者らが発表した論文「Non-Abelian Transport Distinguishes Three Usually Equivalent Notions of Entropy Production」は、量子系において、従来同等と考えれてきた3つのエントロピー増大の計算式が異なる結果を示すことを証明した研究報告である。 （関連記事：“エントロピー増大”を永遠に回避できる？　量子系が示す新たな数学的証明、米コロラド大学が報告） 水に浮かぶ氷が溶ける過程では、氷と水の間で熱が交換され、無秩序さが増大する

これまで観測誤差だと片付けられてきた、宇宙に関する理論と実際の観測記録の間にある食い違いが、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡といった最新鋭の観測技術により誤差ではなかったことが判明しつつあります。長年にわたり、世界中の天文学者の間で論争となってきたこの矛盾の全容が明らかになり、人類が既存の宇宙観の再考を余儀なくされる時が目前に迫っていると、専門家が提唱しました。 Cosmology is at a tipping point – we may be on the verge of discovering new physics https://theconversation.com/cosmology-is-at-a-tipping-point-we-may-be-on-the-verge-of-discovering-new-physics-237695 現行の宇宙論の中で最も有力な標準モ

物理学は基本的には自然科学の分野ですが、物理学の手法とツールはさまざまに応用可能で、社会物理学や経済物理学などの分野が発展しています。同じように物理学の手法を言語の分析や分類などに応用した言語物理学について、世界最大の物理学会の1つであるInstitute of Physics(IOP)の会員誌であるPhysics Worldが、日本語における「悪口」の広まりなどを例に挙げて解説しています。 The physics of languages – Physics World https://physicsworld.com/a/the-physics-of-languages/ 物理学を他の分野に適用する手法はさまざまな分野で浸透していますが、社会物理学や経済物理学と比べて、言語学への物理学の応用はあまり浸透していません。言語は、生物種と同じように広がり、進化し、競争し、絶滅していく性質があ

東京大学(東大)は12月14日、量子開放系の一種である「量子衝突モデル」において、「不確定因果順序」に由来する特異な効果を発見し、同効果を活用した「量子バッテリー」の充填プロトコルを理論的に提案して、その役割と重要性を明らかにしたことを発表した。 不確定因果順序で実行される量子バッテリーの充填プロセスの様子。古典物理学の世界では、2つのチャージャーは一方が先に実行し、その後にもう一方が実行するという因果順序でしか考えられない。一方、量子の世界では、2つの因果順序が同時に成立することが可能になる(出所:東大プレスリリースPDF) 同成果は、東大大学院 情報理工学系研究科のチェン・ユーフォー大学院生、同・長谷川禎彦准教授らの国際共同研究チームによるもの。詳細は、米国物理学会が刊行する機関学術誌「Physical Review Letters」に掲載された。 量子バッテリーは、量子もつれを利用す

疑問：どうして時間は前にしか進まないの？ 時間をさかのぼることができないとしたら、当然こう思うだろう。「どうして時間は前にしか進まないんだろう？」 時間が前に進まなかったらおかしいだろう。 料理をオーブンに入れると材料に戻ったり、暑い日にコップに入れたジュースの中で氷ができたり、食べてしまったガールスカウトのクッキーが口から出てきたり。 どれも前に進むのは見慣れているけれど、逆に進んでいるのを見たら薬の量を減らしたほうがいい。 また、過去に起こったことを思い出すのはできるけれど、未来に起こることを思い出すのは無理だ。 時間には好きな方向というのがあるみたいだけれど、それがどうしてなのかは、ぜんぜんわからない。 どうして時間は前にしか進まないんだろう？ この基本的な疑問に、物理学者は昔から頭を悩ませている。そもそも「時間が前に進む」ってどういう意味だろう？ 時間が反対に進んでいる宇宙に住む科

高校生のときにベートーヴェンの音楽と出合ったことが、「人間」を探究したいという思いに大きな影響を与えたという、言語脳科学者の酒井邦嘉さん。研究者の道に進むも行き詰まりを感じていた31歳のときにノーム・チョムスキーの言語理論を知り、「これこそ自分のライフワークとなるテーマだ」と直感します。脳が言語を処理するメカニズムを研究する中で、酒井さんはかねて関心を持っていた音楽と言語の共通性に注目。才能教育で知られるスズキ・メソードとの共同研究にも取り組んでいます。 （上）ベートーヴェンの音楽から「人間」に興味 （下）言語脳科学者が納得　言語も楽器も無理に「勉強」しないことが大事 ←今回はココ 大学で物理学を専攻しながら生物に興味を持っていた私でしたが、もともと言語学との接点は全くありませんでした。 東大大学院の博士課程を修了して医学部の助手をしていた30歳のとき、休職してハーバード大学医学部にリサー

ニュートンの「第一法則」は間違って解釈されているなぜ誰も気付かなかったのでしょうか？ / Credit:Canva . ナゾロジー編集部ニュートンの運動法則は、古典物理学の基礎を築いた、重要な法則です。 ニュートン以前にも物体の運動についてはガリレオやデカルトなどによって言及されていましたが、ニュートンによってはじめて基本法則としてまとめられました。 ニュートンが考えたのは、この世のすべての運動は、物体に加わる力の合計によって説明できるというものでした。 そして、私たちが中学や高校のときに習うニュートンの第一法則では一般に 「力が働いていない物体は、静止しているか直線運動を続ける」 と解釈されています。 宇宙空間にボールが存在する場合、なにがしかの外力を加えなければボールは静止したままであり、ボールが一定の速度で飛んでいる場合も、外部からの力がなければ永遠にそのままの速度で飛び続けます。

フェルミ研究所で2018年に始まった「ミューオンg-2」実験では、写真のリング状の装置「g-2蓄積リング磁石」の中で、光速に近いスピードでミューオンを周回させる。Fermilab ミューオン（ミュー粒子）と呼ばれる素粒子の歳差運動（首振り運動）は、物理学の標準理論では説明がつかない。その奇妙な挙動は、自然界に存在する第五の力、あるいは未知の次元の証拠かもしれない。科学者は2001年、2021年、そして2023年にこの現象を観察した。ただの偶然ではない可能性が高い。ある素粒子が予想外の挙動をとるさらなる証拠を、アメリカのフェルミ国立加速器研究所の物理学者チームが発見した。そうした予想外の挙動は、自然界に未知の第五の力が存在することを示している可能性がある。 現在、自然界には四つの力が存在することが知られている。重力、電磁気力、強い力、弱い力だ。この四つの力は、宇宙の仕組みを説明する手がかりに

近年の初期宇宙の観測により、誕生から数億年後の宇宙にはすでに大規模な銀河や銀河団が存在していたことがわかってきたものの、銀河がそこまで進化するには時間が足りないという新たな問題が浮上しています。オタワ大学のRajendra Gupta氏は、これを解決するための「CCC+TLハイブリッドモデル（CCC + TL hybrid model）」を提唱しました。もしもこのモデルが正しければ、宇宙は今から約267億年前に誕生したということになります。 現在の宇宙は誕生から137億8700万年（±2000万年）が経過していると考えられています。この推定年齢は過去から現在に至る様々な観測を積み重ねた結果であり、その集大成は宇宙モデル「Λ（ラムダ）-CDMモデル」として確立されています。しかし、初期宇宙の観測が進むにつれて、当時の宇宙の様子と宇宙の推定年齢には大きな食い違いがあることも判明しています。 【

「なぜこの宇宙は存在するのか？」という究極の問いを超ひも理論で解き明かそうとした世界的ベストセラー『エレガントな宇宙』。サイエンス好きなら書名を覚えている人も多いだろう。その著者でもあり、理論物理学者でもあるブライアン・グリーンの『時間の終わりまで』が新書化された。 なぜ物質が生まれ、生命が誕生し、私たちが存在するのか。膨張を続ける「進化する宇宙」は、私たちをどこへ連れてゆくのか。時間の始まりであるビッグバンから、時間の終わりである宇宙の終焉までを壮大なスケールで描き出す本書から、地球にこの先どんな運命が待ち受けるのかを紹介しよう。宇宙誕生から138億年の現在を起点に、はるか10³⁰年後までを見渡す。 ＊本記事は、『時間の終わりまで――物質、生命、心と進化する宇宙』（ブライアン・グリーン 著・青木薫 訳）から、内容を再構成してお届けします。 将来、恒星同士が衝突すると何が起こるのか？ 晴れ

「なぜこの宇宙は存在するのか？」という究極の問いを超ひも理論で解き明かそうとした世界的ベストセラー『エレガントな宇宙』。サイエンス好きなら書名を覚えている人も多いだろう。その著者でもあり、理論物理学者でもあるブライアン・グリーンの『時間の終わりまで』が新書化された。 なぜ物質が生まれ、生命が誕生し、私たちが存在するのか。膨張を続ける「進化する宇宙」は、私たちをどこへ連れてゆくのか。時間の始まりであるビッグバンから、時間の終わりである宇宙の終焉までを壮大なスケールで描き出し、このもっとも根源的な問いに答えていく本書から、「宇宙とは、時間とはなんだろう？」と考える私たちの「意識」の謎と物理学の関係に迫る。 ＊本記事は、『時間の終わりまで――物質、生命、心と進化する宇宙』（ブライアン・グリーン 著・青木薫 訳）から、内容を再構成してお届けします。 意識と量子物理学 過去数十年間にわたり、意識を理

「なぜこの宇宙は存在するのか？」という究極の問いを超ひも理論で解き明かそうとした世界的ベストセラー『エレガントな宇宙』。サイエンス好きなら書名を覚えている人も多いだろう。その著者でもあり、理論物理学者でもあるブライアン・グリーンの『時間の終わりまで』が新書化された。 なぜ物質が生まれ、生命が誕生し、私たちが存在するのか。膨張を続ける「進化する宇宙」は、私たちをどこへ連れてゆくのか。時間の始まりであるビッグバンから、時間の終わりである宇宙の終焉までを壮大なスケールで描き出し、このもっとも根源的な問いに答えていく第一級のポピュラーサイエンス、その冒頭部分を紹介する。 ＊本記事は、『時間の終わりまで――物質、生命、心と進化する宇宙』（ブライアン・グリーン 著・青木薫 訳）から再構成してお届けします。 宇宙の法則は数学の言葉でできている？「僕が数学をやるのは、いったん定理を証明してしまえば、その定

量子物理学の法則では、物質の状態が変化してもその「情報」が失われることはなく、変化後の形態に保存されている情報から過去の状態を知ることができます。しかし、巨大な天体が崩壊して形成されるブラックホールにおいては、元の情報が失われてしまう「ブラックホール情報パラドックス」が生じます。このパラドックスについて、イギリス・サセックス大学の物理学教授であるザビエル・カルメット氏らが、ブラックホール情報パラドックスを解決する方法を発見したと報告しました。 Quantum gravitational corrections to particle creation by black holes - ScienceDirect https://doi.org/10.1016/j.physletb.2023.137820 ‘Quantum hair’ could resolve Hawking’s blac

大阪公立大学(大阪公大)は3月8日、レプトン(軽粒子)の一種であるニュートリノの質量行列の各要素を解析し、レプトンの「世代間混合」が大きくなることを理論的に示したことを発表した。 さらに、3世代のニュートリノ質量の2乗差計算が、「タイプ1シーソー機構」の場合の実験結果とほぼ一致する理由を、数学のランダム行列理論を用いることで、現段階ででき得る限り証明できたことも併せて発表された。 同成果は、大阪公大大学院 理学研究科の波場直之教授らの研究チームによるもの。詳細は、日本物理学会が刊行する理論物理と実験物理を扱う欧文オープンアクセスジャーナル「Progress of Theoretical and Experimental Physics」に掲載された。 物質の素粒子(クォークとレプトン)、力の素粒子(ゲージ粒子)、質量の起源となる素粒子(ヒッグス粒子)の3パーツからなる、素粒子物理学の理論的

「回転する質量の重力場」と題した1ページ半にみたないカーの短い論文は、学会誌にすぐに掲載されました。宇宙に存在する天体は、ほとんどが自転しています。自転している天体の厳密解が得られたことは、一般相対性理論研究に現実的な応用の道を開くことになりました。 カーの得た解は、ブラックホールの1つであることが、1年後にカーターによって明らかにされました。事象の地平面は2つあり、遠方から観測すると、外側の事象の地平面がブラックホールの境界面になります。また、中心部分にはリング状の特異点が存在します。自転によって全体の形状は平べったく変形しています（図2‐4）。 のちには、ホーキングやカーター、ロビンソンらによって、回転しているブラックホール解はカー解に限られることが数学的に証明され（ブラックホールの唯一性定理→5‐3節）、カー解の重要性が確固としたものになりました。 カー解が発見されるまでは、「自転の