京都大学 東京大学 大阪大学 科学技術振興機構（JST） 概要 京都大学大学院理学研究科の幸坂祐生 教授、芥川聖 同修士課程学生（2023年3月卒業）、大間知秀祐 同修士課程学生（2024年3月卒業）、岩道悠希 同修士課程学生、小野孝浩 同修士課程学生（2022年3月卒業）、田中伊蕗 同修士課程学生（2023年3月卒業）、立石将太郎 同修士課程学生（2024年3月卒業）、村山陽奈子 同博士後期課程学生（2022年3月卒業、現九州大学助教）、末次祥大 同助教、寺嶋孝仁 同教授（現研究員）、浅場智也 同特定准教授、笠原裕一 同准教授（現九州大学教授）、松田祐司 同教授、東京大学大学院新領域創成科学研究科の橋本顕一郎 准教授、芝内孝禎 同教授、大阪大学大学院基礎工学研究科の高橋雅大 博士後期課程学生、ニコラエフ・セルゲイ 同特任助教（常勤）、水島健 同准教授、藤本聡 同教授らの研究グループは、キ
所属や職名は、取材当時のものです。取材日：2024年4月 (執筆・撮影：篠崎菜穂子 ｰ フリーアナウンサー/ 数学コミュニケーター) 解析と幾何の交差点 - 場の量子論の数学的研究 場の量子論は、素粒子の世界から宇宙のスケールまで、幅広い現象を記述する物理理論です。中でも量子電磁力学は、理論と実験が小数点十桁以上一致する驚くほど精緻な理論なのですが、数学としては多くの謎が残されています。場の量子論では、物理量を素朴に計算しようとすると様々な量が無限大になってしまいます。しかし、現実に観測される量は有限であるため、物理学ではこれらの無限大を上手く有限の値に置き換えて計算します。こうした操作を数学的に正当化し、矛盾のない枠組みを作る方法を森脇さんは研究しています。 物理学では実験や観測を通じて運動量や圧力、密度などの数値を得ます。これらの数値は、現象を記述する関数として表されます。物理理論の目
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
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
コミック・ストリップ（新聞、雑誌に掲載される複数コマのマンガ）の描き手であり、“Piled Higher and Deeper”（『PHDコミックス』http://phdcomics.com/comics.php）を18年以上描きつづけている。この作品のウェブサイトは、2008年以降で累計5000万以上の閲覧回数を、年間読者数は700万人を誇る。作品はニューヨーク・タイムズ、ワシントン・ポスト、アトランティック、サイエンティフィック・アメリカンなどの紙誌にも掲載されている。スタンフォード大学でロボット工学のPh.D.を取得し、カリフォルニア工科大学で教員を務めていたこともある。 僕たちは、宇宙のことぜんぜんわからない バックナンバー一覧 「この本は、まちがいなく買いだ」。竹内薫氏絶賛の1冊『僕たちは、宇宙のことぜんぜんわからない』。本書は、「宇宙は何でできてるの？」「ビッグバンの時には何が
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。
Sonam Sheth,Jessica Orwig ［原文］ （翻訳：梅田智世／ガリレオ、編集：井上俊彦） Aug. 28, 2023, 07:00 PM サイエンス 18,346 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
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
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
超光速の視点から特殊相対性理論を拡張し、量子力学の基本原理を取り入れることが可能になるという理論の研究が発表された。超光速の世界は、3つの時間次元と1つの空間次元からなる時空で説明され、さらには超光速の物体が本当に存在する可能性もあるとしている。この研究は、ポーランドのワルシャワ大学と英オックスフォード大学によるもので、2022年12月30日付で『Classical and Quantum Gravity』に掲載された。 1905年に発表された特殊相対性理論によって、3次元空間に時間が4つ目の次元として加わり、これまで別々に扱われてきた時間と空間の概念がまとめて扱われるようになった。特殊相対性理論は、ガリレオの相対性原理と光速の不変性という2つの仮定に基づいている。 この2つのうち重要なのはガリレオの相対性原理だ。この原理では、全ての慣性系において物理法則は同じであり、全ての慣性観測者は同
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この世には「別の宇宙」がたくさん存在し，あなたとまったく同じ人生を歩んでいる「もう１人のあなた」がどこかにいる。そんなバカな？ いやいや，宇宙に関する最新の観測結果は「並行宇宙」の存在を示唆している。単なる荒唐無稽な話ではない。 観測によると，空間は無限に広がっているようだ。とすると，無限の空間のどこかでは，いかにありそうにない事柄であっても，可能性のあるものなら現実となる。私たちの望遠鏡では観測できない外側には，私たちの宇宙とそっくりな別の宇宙がある。これが最も単純な並行宇宙の例だ。こうした並行宇宙の集団が，もっと大きな「マルチバース（多宇宙）」を形作る。 ある種のインフレーション理論によると，そうしたマルチバースの「泡」がたくさん集まった「レベル２マルチバース」の存在も考えられる。このマルチバースでは，物理定数や素粒子の種類が「泡」ごとに異なってくる。 レベル３のマルチバースは量子力学
陳 実（物理学専攻 博士課程） 嶋田 侑祐（物理学専攻 修士課程） 福嶋 健二（物理学専攻 教授） 発表のポイント 原子核素粒子物理学のクォーク閉じ込め問題は未解決の難問だが、虚数角速度を取り入れると摂動的な計算により容易に閉じ込め相に到達できることを示した。 虚数角速度を通して、未解決の低温強結合系における閉じ込め相へと、高温弱結合側から解析計算によってアプローチできることを指摘した。 本研究の成果は積年の問題であるクォーク閉じ込めの研究に対して新たな指針を与え、さらに原子核衝突実験、初期宇宙、天体等で実現される高速回転する高温密度物質の性質の解明に貢献するものと考えられる。 発表概要 原子核を形作る中性子と陽子は、現代物理学では、クォークとグルーオンと呼ばれる素粒子が束縛したものだと考えられています。クォークやグルーオンが単体で観測されたことはなく、これらを閉じ込めておく機構の解明は、
2022年のノーベル物理学賞の受賞テーマである｢量子もつれ｣のイメージ。 ©Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences 日本では、特に自然科学賞に携わる研究について、ノーベル賞の受賞は｢研究のゴール｣のように思われがちです。 しかし、ノーベル賞を受賞するような研究も、過去から未来へと脈々と受け継がれていくものの一つです。 今年のノーベル賞のうち自然科学部門（生理学・医学賞、物理学賞、化学賞）を受賞したテーマのポイントを押さえつつ、その一歩先にある研究現場の｢今｣のエッセンスを3回にわたる連載でお届けします。 2回目は、10月4日に発表された｢物理学賞｣です。 ※他の賞は次のリンクから御覧ください。生理学・医学賞、化学賞。 2022年のノーベル物理学賞では、現代でも注目されている量子コンピューターなどに関わる、｢量子力学｣の基礎
全国公開中の映画『シン・ウルトラマン』では人類とウルトラマンが，地球侵略を目論む外星人と熾烈な戦いを繰り広げる。その作品世界は最先端の物理学をベースにイメージを膨らませて創造された。作中で示される物理概念で，物語を駆動するキーコンセプトになっているのが「プランクブレーン」だ。 プランクブレーンは，人類が天体望遠鏡で観測したり実験装置で調べたりできる宇宙とは別の宇宙のこと。私たちにとって3次元空間の宇宙は唯一無二だが，『シン・ウルトラマン』の作品世界では宇宙はたくさん存在している。宇宙は本当は3次元よりも次元の数が多い高次元空間であり，その中に3次元空間部分がいくつも存在している。その1つが私たちが認識する3次元の宇宙であり，プランクブレーンもそうしたものになる。「高次元宇宙」と呼ばれるモデルの一例だ。 素粒子物理学の「超弦理論」によれば，現実世界も高次元宇宙であって，プランクブレーンが実在
AIには人類が知覚できない何かがみえているようです。 米国のコロンビア大学（Columbia University）で行われた研究によれば、AIに物理法則を学習させ、それを表現するために必要な「変数」の数を考えさせたところ、現在の人類には理解できない要素が含まれることが判明した、とのこと。 ありふれた振り子運動や回転運動でも、AIは人類とは異なる独自の変数を用いて物理法則を理解し、正確な運動予測まで成功させていました。 研究者たちは、AIは人類がまだ発見できていない未知の方程式と「変数」を用いて、物体の運動法則を理解している可能性があると述べています。 もし研究者たちの予測が正しければ、誰もが知る振り子運動や円運動などには誰も知らない「裏の方程式」が存在することになります。 研究内容の詳細は2022年7月25日に『Nature Computational Science』にて掲載されました
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