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時間を飛び越える新物質「時間結晶」8つのミステリー！パラレルワールドとも関係か？量子物理学者が徹底回答！

2017.06.20 14:15

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画像は「Wired」より引用

■時間結晶とは？

　昨年から物理学界のホットトピックとなった「時間結晶」。前回、トカナではその本質を探るために、第一線で研究している量子物理学者X氏に詳しく解説して頂いたが、今回はいくつかある疑問点についてX氏に回答して頂いた。（「時間結晶」の詳しい解説は前回の記事を参照）

　回答を見ていく前に、少し長くなるが「時間結晶」について簡単におさらいしておこう。まず勘違いしてはならないのが、結晶といっても時間が物質化するわけではないということだ。物理学では、分布のムラが起こることを「対称性の破れ」と言い、こういった性質を持つ物体を「結晶」と呼ぶ。いわゆる“結晶”とは違う、という点をしっかり理解することが重要だ。

「対称性の破れ」とは、どこでも同じ状態が崩れているということである。たとえば、液体の水は空間に一様に広がっていてムラがない。つまり、対称性を保っている。だが、液体の水が冷やされて氷になると、分子が周期的な構造になっていて、分子のある部分とない部分のムラができる。このことを「（空間）対称性の破れ」と呼ぶ。そして、このことが時間でも起こるというのが、「時間対称性の破れ」であり、この性質を持つ物体が「時間結晶」である。

　ところで、この「時間結晶」は実験でしか再現できないのだろうか？　我々の日常生活には関係しないのだろうか？　そんな素朴な疑問を物理学者X氏に8つ回答して頂いた。

※【「時間結晶」からパラレルワールドまで徹底解説シリーズ3回まとめ読みはコチラ】

■時間結晶に日本人が反論していた！

1――「時間結晶」は、一言で言うと何なのでしょう？

X氏　固体、液体、気体、プラズマに次ぐ「全く新しい物質の形態」と言って良いと思います。

2――時間結晶に対して反論などはありますか？

X氏　マサチューセッツ工科大学の物理学者フランク・ウィルチェック氏によって初めて提案された時間結晶のアイディアに関しては、東京大学の押川正毅氏、渡辺悠樹氏らによって数学的な側面から反論が提出されていました。時間結晶とは、ある時刻で止まっていた物体が急に動いて、また止まるという動作を繰り返すというようなものですが、ただ、このような物体はエネルギーが保存されるという基本的な物理法則（エネルギーの状態が変わっても、そもそものエネルギーの総量は変わらない→突然エネルギーが出現したり消えたりはしないこと）に反しているので“ありえない”という反論です。（本当は時間相関関数というもうすこし高度な数学によって否定しているのですが、大雑把にはこういう理解で大丈夫です）

　しかし多くの物質が外とのエネルギーのやりとりをしているなかで、エネルギーが保存されるのは、実際は稀なことです。例えば物を揺すったりすれば、止まっていた物体は当然動きだし、揺すった分のエネルギーが加算され、総量を越えます。ところが、先の渡辺氏、押川氏の主張にはこのような観点は含まれていないため、ここに今回の時間結晶のための抜け道があったのです。