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拍手の音の主な正体は、両手がぶつかりあう音ではない――。そんな驚きの事実を米日の研究チームが明らかにした。空きびんの飲み口に息を吹き込んだときに音が鳴るのと同じ現象だという。成果は米科学誌フィジカル…
ランダウアーの原理（ランダウアーのげんり、英: Landauer's Principle）とは、情報の消去など論理的に非可逆な計算は熱力学的にも非可逆であり、環境での相応する熱力学的エントロピーの上昇を必要とすることを主張する原理である。1961年にIBMのロルフ・ランダウアーによって始めに議論された。 定量的には、情報処理過程において1ビット（=1シャノン）の情報を失うとき、環境での熱力学的エントロピーの上昇も最低でも1ビットとなる。通常の物理的単位で表すならこれは k ln 2 であり、よって環境に放出される熱は最低でも kT ln 2 となる（ただし、k はボルツマン定数、T は絶対温度）。この限界値は、ランダウアーの限界 (Landauer's limit) もしくはフォン・ノイマン＝ランダウアーの限界と呼ばれる。 ランダウアーの原理は熱力学第二法則の理論的帰結として理解できる。計
なぜ「情報を消す」行為が物理学の重要課題なのか？なぜ「情報を消す」行為が物理学の重要課題なのか？ /Credit:clip studio . 川勝康弘私たちは日頃、パソコンやスマートフォンに保存されたデータを気軽に消しています。 しかしこの「情報を消す」という行為を物理現象として考えた人は少ないでしょう。 多くの人にとって情報とは抽象的な重さも形もない概念であり、物体の融解や核分裂といった物理現象とは別のものだと思われています。 しかし物理学者ロルフ・ランダウアーは情報の記録や消去を物理現象としてとらえ1961年、「情報を消すということは必ずエネルギーの代償が必要になる」とするランダウアーの原理を提唱しました。 情報に物理性は存在するのか？ 物理的な観点から見ると、情報を消すということは、物体の「状態」を一つに固定し再び情報が得られないようにすることです。たとえば何らかの音があることを示
フランスのリヨン高等師範学校（ENSリヨン）で行われた研究によって、熱力学第2法則を「95%もの高確率で破るように見える」驚異的な現象が実験的に確認されました。 研究では、髪の毛よりもはるかに小さい微小な板バネを使い、周囲のごくわずかな温度変動（熱ゆらぎ）を巧みに利用して、本来であれば外部からのエネルギー供給が不可欠な状況であっても、95%の確立で必要な自由エネルギー差を「タダ」で済ませることに成功しました。 これは、ナノスケールの世界で起こる確率論的熱力学という新しい理論に基づくもので、エネルギーの供給が必要となる状態遷移を「ゆらぎ」に頼って引き起こしたものです。 果たしてこの結果は、本当に熱力学第2法則を揺るがすものなのでしょうか？ 研究内容の詳細は『Physical Review Letters』にて発表されました。
時間こそ全ての源なのでしょうか？アメリカのアラスカ大学フェアバンクス校（UAF）で行われた研究によって、これまでの常識を覆す「時間は3次元であり、空間はそれが生み出す二次的な効果に過ぎない」という新しい理論が提唱されました。 この理論は宇宙の基本的な布地（キャンバス）を「空間」ではなく、3つの独立した次元を持つ「時間」だと主張しており、これまで説明できなかった素粒子の質量の精密な予測や、新しい粒子の存在、さらには重力波の微妙な速度差まで具体的に示しています。 もしこの驚くべき理論が正しければ、私たちの宇宙観は根底から塗り替えられる可能性があります。 時間とは本当に私たちがこれまで信じてきたような「川」のようなものではなく、広がりを持つ「海」のような存在だったのでしょうか？ 研究内容の詳細は『Reports in Advances of Physical Sciences』にて発表されまし
アメリカのメリーランド大学（UMD）で行われた研究によって『虚数時間』が物理現象として実験的に検出されたと発表されました。 これまで研究者たちは、波が物質中に留まる時間の「虚数の成分」は数学的には現れるものの、実際に測定可能な現象ではないと考えてきました。 しかし今回の研究により、この「虚数時間の遅れ」がパルス波形の周波数変化という形で現れることが示され、数学的な概念が実際の物理現象に対応していることが明らかになったのです。 つまり「虚数時間」はもはや机上の空論ではなくなり、マイクロ波という身近な波動現象において、その存在と効果が実証されたのです。 研究チームは「本研究の結果は、複素時間遅れを構成する抽象的ではあるが実用上有用な量に、物理的な意味を与えるものです。」と述べています。 しかしなぜ虚数軸にある数値が現実で測れたのでしょうか？ 研究内容の詳細は2025年6月3日に『Physica
原子の内部に、これまで知られた四つの基本的な力では説明できない「第5の自然の力」が潜んでいるかもしれません。 スイスのスイス連邦工科大学チューリッヒ校（ETHZürich）などにより、原子に対して極めて精密な実験を行った結果、従来の標準模型（現在の素粒子物理学の基本理論）では説明できない微妙な「ズレ」が確認されました。 実験では異なる同位体の原子における電子の遷移周波数の差をグラフ上に書き込みし、標準模型で予想される直線（線形）からどれだけ逸脱した曲がり（非線形性）かが調べられています。 その結果、ズレはの存在は統計的に極めて有意（900σ）であり、未知の微弱な相互作用──すなわち「第5の力」の存在を示す手がかりとなりました。 研究チームによれば、この現象は「第5の力」と呼ばれる未知の微弱な相互作用、あるいは従来無視されてきた原子核の偏極効果によるものである可能性があるとのこと。 果たして
「バニラアイスを買ったときだけ車のエンジンがかからなくなる」とか「雨が降るとWi-Fiがつながりやすくなる」といったようにインターネット上では奇妙な現象がたびたび話題になります。新たに、「ライターを点火すると、PCモニターが消灯する」という珍現象がオンライン掲示板のRedditで報告されました。 My monitor turns off when I light this lighter at this exact angle. What is happening? byu/Michae86l inpcmasterrace 珍妙な現象を報告したのは、RedditユーザーのMichae86l氏です。Michae86l氏のデスクにPCモニターが2台並んでいます。 ライターを点火すると右側のモニターが消灯しました。 数秒待つと、モニターが再度点灯します。表示内容は乱れておらず、消灯前の状態が保た
水面の波がまるで映像を逆再生したように元の場所へ戻っていく――そんな信じがたい現象が実現しました。 フランスのESPCIパリ＝高等物理化学産業大学校（ESPCI Paris-PSL）で行われた研究によって、マイナス21倍の逆方向の重力で衝撃を与えることで波の時間的の反転に成功しました。 研究者たちはこれを「瞬間タイムミラー（Instantaneous TimeMirror,ITM）」と呼んでいます。 この現象は視覚的にも明瞭であり、研究では重力を一瞬だけ“逆転”させるというシンプルな力学操作で、スマイルマークやエッフェル塔の波形までも見事に再現してみせました。 この時間反転鏡技術は未来をどのように変えていくのでしょうか？ 研究内容の詳細は『Nature Physics』にて発表されました。
理化学研究所（理研）仁科加速器科学研究センター 核構造研究部の大塚 孝治 客員主管研究員（東京大学名誉教授）、東京大学 大学院理学系研究科附属原子核科学研究センターの角田 佑介 特任研究員、筑波大学 計算科学研究センターの清水 則孝 准教授らの共同研究グループは、量子論に基づいて、原子核の形と回転に関する新たな理論体系を提示しました。 この成果は、70年近く信じられてきた原子核の形状と回転の描像とは異なり、教科書の書き換えにもつながるものです。 多くの原子核の形は球形ではなく、楕円体に変形しています。球形から大きく変形した原子核では、断面の一つが円形であるラグビーボール型の軸対称変形[1]が起きるとされてきました。本研究では、量子論と核力[2]の性質に基づいて原子核の変形の様子を解き明かしました。多くの原子核では三つの主軸の長さが全て異なる楕円体となっており、どの断面も円形にならないアー
半世紀の夢「回転エネルギー泥棒」の正体半世紀の夢「回転エネルギー泥棒」の正体 /Credit:Canvaブラックホールは強力な重力エンジンのような存在ですが、「そこからエネルギーを取り出せないだろうか？」という問いは古くから物理学者を魅了してきました。 その一つの答えが、英国のロジャー・ペンローズによる1969年の提案です。 ペンローズは回転するブラックホールの周囲で「エルゴ領域」と呼ばれる時空の引きずり込み領域に物体を投げ込むことを考えました。 うまくいけば、物体は二つに分かれ、一方がブラックホールに落ちる際に負のエネルギーを持ち去り、もう一方が追加のエネルギーを得て飛び去る――つまりブラックホールの回転エネルギーの一部を奪い取ることができるはずだ、と予想したのです。 難しそうに思えますが、回転する大きなコマの上にBB弾を落とすと、BB弾にコマの回転力が伝えられて「パチン」と勢いよくは
アインシュタインが残した最大の宿題――重力と電磁気という“二大法則”を一本の数式で説明しようとする挑戦に、ついに決定打になり得る理論が発表されました。 フィンランドと豪州の研究者チームが発表した新理論は、電場や磁場を「時空の外付けシステム」ではなく「宇宙布に浮かぶシワそのもの」と見立て、余剰次元も謎の力も持ち込まずに両者を統合します。 ベッドシーツをピンと張ればシワが消えるように、時空のメッシュが最小エネルギー状態を探すと、そこに自然と電磁場の法則が立ち上がるのです。 この理論が正しければ、ブラックホールの縁や量子の揺らぎまで同じ物差しで測れる日が来るかもしれません。 果たして物理学の教科書は今、書き換えの瞬間を迎えようとしているのでしょうか。 研究内容の詳細は『Journal of Physics: Conference Series』にて発表されました。
"As for c, that is the speed of light in vacuum, and if you ask why c, the answer is thatit is the initial letter of celeritas, the Latin word meaning speed." Isaac Asimov in "C for Celeritas (1959)" [1] A Short Answer Although c is now the universal symbol for the speed of light, the most common symbol in the nineteenth century was an upper-case V which Maxwell had started using in 1865. That w
ヒルベルトの第6問題は、数学者ダフィット・ヒルベルトが1900年に提示した23の未解決問題のうちの一つである。この問題は、物理学の理論を厳密な数学の形で表現し直すという公理的方法の確立を求めるもの。「目に見えない小さな粒子の動きを記述する法則から、私たちが日常で観察できる流体の動きを記述する法則を数学的に導き出せるか」という課題に取り組んでいる。 研究の本質は「スケールの橋渡し」にある。私たちの世界は異なるスケールで、異なる法則に従っているように見える。原子や分子のようなミクロなスケールではニュートン力学が支配し、中間（メゾスコピック）スケールではボルツマン方程式が適用され、水や空気などの流体のマクロなスケールではナビエ・ストークス方程式やオイラー方程式が成り立つ。これらの一見全く異なる法則の関係を厳密に証明することが長年の難問だった。 研究チームは問題を2段階で解決した。第1段階では、多
「負の温度」はこの世の何よりも熱いこの世でもっとも冷たい温度として知られているのが、絶対零度（0K＝－273.15℃）です。 古典物理によれば、物体の温度は内部の粒子の運動エネルギーによって決まり、0Kの物体は粒子がまったく動かず、エネルギーレベルがすべてゼロにそろった状態と解釈されます。 しかし、そこから少し温度を上げると、粒子のエネルギーは多様化していきます。 たとえば100℃の液体内では、“すべてが100℃相当のエネルギーを持つ”わけではなく、少数の高エネルギー粒子と多数の低エネルギー粒子に分かれているのです。 たとえば100℃の液体の内部にある粒子のエネルギー状態を調べ上げると、全てが100℃に匹敵するエネルギーを平均して持っているわけではなく、一部の高エネルギー粒子とその他多くの低エネルギー粒子によって構成されていることがわかります。 正の温度の世界では一部の高エネルギー粒子とそ
発表のポイント ◆ 交代磁性体と呼ばれる新しいカテゴリの磁性体の物質探索を行い、室温で情報の読み書きが可能な物質を世界で初めて発見しました。 ◆ 既存の磁気記憶素子では強磁性体における↑（上向き）と↓（下向き）のスピン状態を利用して情報を記憶していますが、交代磁性体では↑↓と↓↑のスピン状態で情報を記憶し、かつ強磁性体と同等の手法で情報の読み書きを行うことが可能です。 ◆ 交代磁性体は、従来利用されてきた強磁性体と異なり、①ビット間干渉の原因となる漏れ磁場が存在しないため素子の集積化に有利、②応答速度が100倍以上高速、③磁気的な外乱に対する耐性が高い、といった特徴を持ち、次世代の超高密度・超高速な情報媒体としての活用が期待されます。 交代磁性体の概念図 概要 東京大学大学院工学系研究科の関 真一郎教授、高木 里奈助教（現：同大学物性研究所准教授）、同大学工学部の開田 亮佑学部生（現：同大
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AI分野の科学論文を山下氏がピックアップし、解説する。 X： ＠shiropen2 元Googleの研究者らが立ち上げたAIチーム「ArchetypeAI」が発表した論文「A PhenomenologicalAI Foundation Model for Physical Signals」は、あらゆる物理現象を理解し予測するAIモデルを開発した研究報告である。「Newton」と呼ぶこのAIモデルは、基本的な力学振動や熱力学実験から、都市の電力需要、日々の気温変化、変圧器の油温など、より複雑な実世界のシステムまで、高い精度でゼロショットで予測できる。
過去と未来の順序は曖昧で重なり合う？ 量子電池の最新研究：今こそ知りたい電池のあれこれ（23）（2/2 ページ） 今回の研究には不確定因果順序という考え方が採用されています。従来の古典物理学の世界では「Aという事象の後にBという事象が起こる」と、その反対の「Bという事象の後にAという事象が起こる」は、どちらか一方しか成立しません。特に、AとBの間に明確な因果（過去と未来の関係性）がある場合、「未来のBという事象の後に過去のAという事象が起こる」とは、通常考えられないことかと思います。 しかし「AからB」「BからA」のどちらの順序で成立するのかを明確に確定できず、ときにはそのどちらもが同時に成立しうるというのが不確定因果順序の考え方です。このような因果律の非対称性（過去の原因があるから未来の結果があるという因果関係）に反する実験結果というのは、ますますもって感覚的に理解しにくい内容ではありま
因果を破って充電します。 東京大学で行われた研究により、因果律の壁を打ち破る新たな手法によって、従来の量子電池の性能限界を超えることに成功しました。 これまで私たちは古典的な物理学も量子力学でも「AがBを起こす」と「BがAを起こす」いう因果律が存在する場合、一度に実行できるのは片方だけであると考えていました。 しかし新たな充電法では、2つの因果関係を量子的に重ね合わせる方法が用いられており、「AがBを起こす」と「BがAを起こす」という2つの因果の経路から同時に充電することに成功しました。 研究者たちはこの方法を使えば、既存の量子電池の充電能力を高めることができると述べています。 しかし因果律を破るとは、具体的にどんな方法なのでしょうか？ 今回はまず因果律を打ち破る不確定因果順序（ICO）と量子電池の基本的な仕組みを解説し、その後、2つの量子世界の現象を組み合わせた今回の研究結果について紹介
遊園地は入らなければ出れない量子の世界は常識が通じない遊園地の敷地に入った時間は、出る時間よりも必ず前になります。 この常識はお客だけでなく、遊園地のスタッフや上空を通過する鳥、銃弾のような無生物にも適用されます。 生物も無生物も一定の領域を「通過」するならば、入るのが先で出るのは後、逆はできません。 それは子供でもわかることです。 しかし量子の世界においては日常の常識が通じないことが知られています。 量子の世界では1つのものが2つの通路を同時に通ったり、何もない空間から粒子が現れては消えていくことが確認されています。 また量子の世界の曖昧さは、物体の場所だけでなく、時間にも及ぶことが示されており、実験室レベルでは過去と未来を干渉させることにも成功しています。 二重スリット実験を物理的スリットではなく「時間の切れ目」で再現成功！ さらに物体の持つ電荷のような「性質」を、物体の「質量」から切
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