100年以上解けなかった物理学の難問が、ついに数学の力で解けました。 アメリカのミシガン大学（U-M）で行われた研究によって、原子一粒の衝突から台風規模の渦までを貫く“一本の数学的な鎖”を初めて構築し、流体力学における3つの主要理論を統合することに成功したのです。 これまでの物理学では個々の粒子レベル、粒子の集団レベル、巨大な流体レベルを異なる数式で記述しており、まるで別々の法則のように扱われていました。 しかし今回の成果により3つの理論を連結させ、1900年から数学者たちを悩ませてきた「ヒルベルトの第六問題」の重要な部分を解決する大仕事となりました。 三つの理論を連結する“数学的鎖”は、どのように鍛え上げられたのでしょうか？ 研究内容の詳細は2025年03月3日に『arXiv』にて発表されました。

静岡大学は10月11日、粒子、弦、膜などのさまざまな物体の間に働く重力の性質を多様な空間次元で比較したところ、「十次元空間における膜」だけが「スケール不変性」と「非自己双対型電磁双対性」と呼ばれる2つの性質を同時に満たせることを解明し、十次元空間における膜は「量子重力理論」において特別な存在であることがわかったと発表した。 同成果は、静岡大 理学部の森田健准教授によるもの。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学術誌「Progress of Theoretical and Experimental Physics」に掲載された。 我々の宇宙は、重力(マクロの世界)を扱う「一般相対性理論」と素粒子(ミクロの世界)を扱う「量子力学」を統合した量子重力理論によって記述できると予想されているが、両理論は折り合いが悪いため、現状では量子重力理論の完成には至っていない。 これまでの

エーレンフェストの壺と不可逆性

量子テレポーテーション。 最近よく聞くバズワードかと思う。 物理学の世界においてこのテレポーテーションは実験もなされ、応用が試みられる段階だ。 しかし一般の方々の中には、本当に人類が瞬間移動の術を手に入れたと勘違いされている人もいらっしゃるようだ。 それに対して物理の専門家は、量子テレポーテーションでＳＦ的な瞬間移動装置を作るのはできないことも説明してきた。 この事実を強調することはとても意義があることだと思う。 このプロトコルではある古典的な情報を相手に伝える必要があるため、情報通信の最大速度である光速を超えてテレポーテーションを起こすことはできないのだ。 そのため物理学でいう「因果律」も破ることはない。 ただ認識論的な量子論解釈である現代的なコペンハーゲン解釈では、テレポーテーションの送り手側にとっては確かに瞬間移動のように見える現象ではある。 ただし受け手にとっては瞬間移動ではなく、

Home > Press > コンデンサーの極板間の電場と電磁波の電場は別物 －100年続いた混乱を解消し、電磁波発生の安易な説明を正す－ 大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 概要 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構（KEK）物質構造科学研究所 低速陽電子実験施設の兵頭俊夫協力研究員（東京大学名誉教授）は、平行平板コンデンサーの極板の電荷による電場の変動（変位電流）は磁場を作らないという正しい認識が定着していない要因を指摘し、その詳細を解明することで正しい認識を定着させるための論文を発表しました。 コンデンサーの極板の電荷による電場が変動しても磁場を作らないことは100年前に証明されているのですが、なかなか常識にならず、現在でも「平行平板コンデンサーの極板の間で変化する電場が極板間やまわりに作る磁場」が、電磁波が発生するしくみの説明の前置きとされているのを見かける

【▲ 楕円銀河「M87」の中心にある超大質量ブラックホールの画像。2019年4月公開（Credit: EHT Collaboration）】 【▲ 楕円銀河「M87」の中心にある超大質量ブラックホールの画像。2019年4月公開（Credit: EHT Collaboration）】 「ブラックホール」は宇宙で最も極端な天体だと言えますが、実は理論で取り扱うのが比較的優しい天体だと言えます。 太陽や地球のような “普通の星” は、物質の構成、質量、温度、形状、色などの様々な性質が組み合わさってできており、理論的に取り扱うことは困難です。一方でブラックホールは簡単です。ブラックホールの性質は質量、電荷、角運動量 (回転速度あるいは自転速度) のたった3つで、他の性質は全て失われています。これを “ブラックホールには毛が3本しかない” と喩え、ブラックホール無毛定理と呼びます。 このようにブラッ

私たちの体にも植物にも炭素はたくさん含まれています。この炭素という元素、そもそもどのようにしてつくられたのでしょうか。その解明のために、スーパーコンピュータ「富岳」で原子核の構造を計算したのが阿部喬協力研究員（以下、研究員）らです。研究開始から10年余り、これまでの理論物理の常識を覆す発見がありました。 誰も答えにたどりつけなかった難題 138億年前にビッグバンが起きたとき、宇宙に存在した元素は、ほぼ、水素とヘリウムだけ。核子（陽子と中性子）でできた原子核が衝突を繰り返し、核子数の多い元素がつくられてきた。英国の天文学者フレッド・ホイルは核子が12個の炭素について「核子が4個のヘリウムが3個合体する過程で生じる不安定状態があるはず」と1954年に予言した。後に、「ホイル状態」と呼ばれるようになったが、その構造は謎だった。 図1 炭素の原子核の成り立ち 陽子2個と中性子2個のヘリウムの原子核

OBJECTIVE. 立教大学（東京都豊島区、総長：西原廉太）の村田次郎理学部教授は、カーリング競技で用いられるカーリング石が「反時計回りに回転させると、進行方向に向かって左側に曲がっていくのはなぜか」という、98年間にわたって科学者の間で真っ向から対立する仮説に基づく議論が繰り広げられてきた「世紀の謎」を、精密な画像解析によって実験的に解決することに初めて成功しました。 私たちの4次元時空を超える5次元以上の「余剰次元」の探索実験の為に開発した画像処理型変位計測技術を応用する事で、ミクロン精度でカーリング石の運動を精密観測した結果、中心からずれた点での摩擦支点を中心に石の重心が振られる、旋廻現象によって偏向が起きる事、そして速さが遅いほど摩擦が強まるという、通常は一定と考える動摩擦係数が実際には速度依存性を持つ性質により、氷に対する速さが異なる左側と右側とで、非対称な頻度で旋廻が生じると

クォークは全部で6種類あるよ。アップクォーク・ダウンクォーク・ストレンジクォークは陽子より軽く、チャームクォーク・トップクォーク・ボトムクォークは陽子より重いよ。(※陽子の○○倍は、静止しているクォーク1個の質量だよ。ペアで出現する固有クォークはこの2倍でカウントするし、運動しているクォークは相対性理論の効果によりこれより増えるよ！) クォークは全部で6種類あり、それぞれアップクォーク、ダウンクォーク、チャームクォーク、ストレンジクォーク、トップクォーク、ボトムクォークと名前が付けられているよ。 アップクォークとダウンクォークは軽いクォークで、陽子はアップクォーク2個とダウンクォーク1個、中性子はアップクォーク1個とダウンクォーク2個でできていることが分かっているよ。 一方でその他のクォークは重く、より軽い粒子へ崩壊しようとするから不安定だよ。このため重いクォークは、普通は粒子加速器でエネ

リアルな「陽子の視覚化」映像が科学者とアーティストのコラボで完成よくみかける分子のモデル図 / Credit:Canva原子や分子のモデル図は、多くの人々にとって思い浮かべるのは難しくないでしょう 上の図のような球体を組み合わせた「おなじみ」のモデル図は、中学生たちが化学を理解する手助けをしてくれます。 ただ実際の原子や分子の様子はモデル図とは異なり、原子核の周囲に電子の存在確率が雲のように広がっていると考えられています。 では陽子の場合はどうでしょうか？ よくみかける陽子のモデル図 / Credit:Canva . wikipedia 高校で物理を専攻したひとならば、上の図のように、3つのクォークがグルーオンで連結されているモデル図を思い出すかもしれません。 しかしこのイメージも簡略化されたモデル図に過ぎません。 では実際の陽子はどんな「感じ」になっているのでしょうか？ このなんでもない

東京大学(東大)は2月10日、場の量子論を宇宙論に適用することにより、場の相互作用は量子ゆらぎをもとにした物質の密度の凹凸双方の領域の分布数においてズレをもたらすだけでなく、凹凸の振幅の理論値を十万分の一から大きくずらしてしまうことを発見したこと、ならびに理論が観測を再現できるためには、密度のゆらぎにおける凹凸の分布が対称でなければならず、インフレーションを起こした素粒子の場の相互作用は、現在の観測限界のさらに10分の1程度以下にとどまっていなければならないことを示したと発表した。 同成果は、東大大学院 理学系研究科 物理学専攻のジェイソン・クリスティアーノ大学院生、同研究科附属ビッグバン宇宙国際研究センターの横山順一教授らの研究チームによるもの。詳細は、米物理学会が刊行する主力学術誌「Physical Review Letters」に掲載された。 宇宙はどの方向を見ても一様に等方だが、そ

科学技術振興機構(JST)、東京大学、日本電子の3者は2月10日、新開発の原子分解能磁場フリー電子顕微鏡を用いて、磁石(磁力)の起源である原子磁場の直接観察に成功したことを発表した。 同成果は、JST 先端計測分析技術・機器開発プログラムの、東大大学院 工学系研究科 附属総合研究機構の柴田直哉教授(同機構長兼任)、同・関岳人助教、同・工学系研究科の幾原雄一教授、日本電子 EM事業ユニットの河野祐二スペシャリストらの共同研究チームによるもの。詳細は、英科学誌「Nature」にオンライン掲載された。 電子顕微鏡は、光子ではなく電子を使うことで、極微の世界の観察を可能にし、現在は東大と日本電子の共同研究チームが2017年に達成した40.5pmという水素原子の半径(53pm)よりも小さなものを見分けるレベルの観察性能を達成するまでに至っている。しかし、その空間分解能は、磁場による対物レンズの性能に

新開発した電子顕微鏡で捉えた、常温状態のヘマタイト結晶の磁場。色は磁場の方向を表す。１層ごとに磁場の向きが互い違いになっていることが分かる（柴田直哉・東京大教授提供）東京大や日本電子などの研究チームが、独自開発した電子顕微鏡で原子１個の磁場を直接観察することに世界で初めて成功した。９日付の英科学誌「ネイチャー」に論文が掲載された。原理的に電子顕微鏡では磁性を持つ対象を観察できないという長年の課題を解決し、顕微鏡研究の歴史に新たな１ページを加える成果だ。電気自動車（ＥＶ）のモーターや半導体デバイスなどに使われる磁性材料の高性能化に貢献すると期待される。 強い磁場がレンズにＥＶの電気モーターに使われる磁石や、磁気メモリなど次世代の半導体技術には、磁性を持った材料が使われている。省エネルギーの自動車や情報技術の実現に向け、高性能な磁性材料の開発は喫緊（きっきん）の課題となっている。

場の理論の歴史的大家が書き下ろした入門書が待望の復刊！　電磁気学の現代的定式化から、量子電磁力学（QED）への橋渡しを図る。 《目次》 第0章　凡人と物理の基本法則 第1章　Maxwellの方程式 §1　はじめに §2　Maxwell（Heaviside, Hertz）の方程式 §3　縦成分と横成分への分解 §4　単位の問題 §5　電磁波の方程式 第2章　物理量の定義と基礎方程式からの近似なしの結論 §1　はじめに §2　荷電粒子の物理量 §3　電磁場のエネルギー §4　電磁場の慣性の流れ §5　電磁場の波動方程式 §6　ベクトルとスカラーのポテンシャル §7　ゲージ変換 §8　粒子と電磁場の相互作用 第3章　電磁場の力線と調和振動子 §1　はじめに §2　力線 §3　電磁場のエネルギーと応力テンソル §4　Fourier変換 §5　Fourier係数とMaxwellの方程式 §6　調和振

広島大学は、電気回路において擬似的なブラックホールを創生し、それを用いたレーザー理論を構築することに成功し、現在の技術では実際のブラックホールでの観測が不可能なホーキング輻射を観測可能にし、一般相対性理論(重力)と量子力学を統一する「量子重力理論」の完成に向けた取り組みを加速することになると発表した。 同成果は、広島大大学院 先進理工系科学研究科の片山春菜大学院生によるもの。詳細は、英オンライン総合学術誌「Scientific Reports」に掲載された。 自然界に存在する電磁気力、強い力、弱い力、重力の4つの力をすべて統一できるとされる超大統一理論は、重力を扱う一般相対性理論と、量子の世界を扱う量子力学を結びつけることができれば完成するとされることから、「量子重力理論」などとも呼ばれるが、重力と量子の世界は折り合いが悪く、その統一は困難とされ、4つの力の統一にはまだ長い時間がかかるとさ

マッハ力学 エルンスト・マッハ 内田老鶴圃 1931 Ernst Mach Die Mechanik In Ihrer Entwicklung 1883･ 1933 [訳]伏見譲 水を入れたバケツを片手に持ってぐるぐる回すと、水が落ちてこない。地球は月をそういうふうに回しているし、太陽は８個か９個の惑星バケツをぐるぐる回転させている。このことを重力質量と慣性質量が等しい現象だとみなしたのが、エルンスト・マッハだった。「等価原理」（principle of equivalence）、あるいは「マッハの原理」という。 アインシュタインの一般相対性理論はこの等価原理の上に築かれた。一様な加速度をもつ座標系と一様な重力場とは同等である、見分けがつかないというのが、一般相対性理論の骨子なのである。マッハの等価原理がなければ、アインシュタインは重力場方程式を組み立てられなかった。 すでに光の慣性質量が

名古屋大学(名大)は6月2日、「パラジウム酸鉛」に鉄とリチウムを少量、共置換することによって400℃以上の高温から磁石になる材料である強磁性半導体セラミックス「PbPd0.93Fe0.05Li0.02O2」を発見したと発表した。 同成果は、名大大学院 理学研究科の寺崎一郎教授らの研究チームによるもの。また同成果は、名大が展開しているプログラム「名大 MIRAI GSC」(科学技術振興機構の「次世代人材育成事業グローバルサイエンスキャンパス」の1つ)の一環で、寺崎教授の機能性物質物性研究室において研究を行った2人の高校生による成果が出発点となったという。詳細は、応用物理学を扱う国際学術誌「Journal of Applied Physics」に掲載された。 永久磁石の基盤となる強磁性体は、鉄やコバルトのような遷移金属、もしくはサマリウムやネオジムといった希土類の合金であることが一般的でシリコ

はじめに 最近、以下の新しい論文を投稿しました。 Effects of polymers on the cavitating flow around a cylinder: A Large-scale molecular dynamics analysis 高分子が円柱を過ぎる流れに対して与える影響を分子動力学法で解析したものです。私も共著者には入っていますが、筆頭著者である浅野さんが中心となって計算、解析したものです。 計算規模は、概ね100ノード20万コア5億原子100時間/1ランを複数回実行するくらいです。この論文は物理の論文ですが、本稿ではこの計算の「大きさ」についてつらつら書いてみようと思います。 分子動力学法の計算コスト この論文で用いられている計算手法は分子動力学法(Molecular Dynamics method, MD)と呼ばれるもので、原子の間に働く力を計算し、位置を