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西欧科学は狂っている

   

時間方向と密接に関係していると言われる熱力学第二法則は絶対ではない事を証明されたというニュース。これまでの常識が覆されようとしている。

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モスクワ物理工科大学を中心とする国際研究チームが、量子コンピュータを使って時間を巻き戻すことに成功。その結果が学術ジャーナル「Scientific Reports」に掲載された。科学ニュース「Phys.org」(3月13日付)が報じている。

「今回の研究は熱力学第二法則を破る可能性を探ったものの1つです。熱力学の第二法則は、未来から過去へ一方的に流れる時間の方向を指し示す時間の矢と密接に関係しています」

 そう語るのは、論文筆頭執筆者のゴルデイ・レソビク氏(モスクワ物理工科大学)だ。レソビク氏は、これまでにも“マクスウェルの悪魔”と呼ばれる装置を使って熱力学第二法則を破る研究などをしてきたが、今回は別の角度から時間の逆再生に取り組んだという。

 さて、レソビク氏が語るように熱力学第二法則(≒エントロピー増大則)は時間の不可逆性を特徴付けているが、実はほとんどの物理現象は未来と過去を区別しない。たとえば、ビリヤードボールが弾かれる瞬間を考えてみよう。弾かれる以前と以後のビリヤードボールは不可逆の変化を受けたように見える。しかし、その瞬間を録画した映像を巻き戻せば、弾かれたビリヤードボールは同じ軌道を通って元の静止した状態に戻るだろう。これは物理学の方程式でも変わらないのだ。

 ただし、我々の“常識”では一度起こった出来事を元に戻すことはできない。この不対称性を生み出しているのが熱力学第二法則である。つまりこの法則さえ破ることができれば、巻き戻し映像のように過去に戻ることができるというわけだ。

 巨視的に見れば時間の不可逆性は絶対のように見える。しかし量子レベルではどうなっているのだろうか? そこでモスクワ物理工科大学の研究者らは、IBMが開発した初歩的な量子コンピュータを使い、2つの量子ビット(Qビット)が自ずと初期状態に戻るか確かめた。

 量子ビットとは古典コンピュータのビットに相当する。ビットとは0と1の組み合わせで表現される方法だ。たとえば1ビットは0と1のどちらかの値を取り、4ビットでは0000~1111までの16通りの状態(0100、1100など)のうち1つだけを表現することができる。

 それに対して量子ビットは0と1の他に“重ね合わせ”という1でもあり0でもある状態を表現することができる。たとえば4量子ビットでは、0000~1111までの16通りを同時に計算することができるため、1つの状態しか表現できない従来のビットとは比較できないほどの高速演算が可能となる。

 実験は以下4つの段階で行われた。

ステージ1:秩序。2つの量子ビットの初期値がゼロに設定される。ビリヤードにたとえると、ブレイクショット前のボールが秩序だった三角形を形成している状態。

ステージ2:劣化(時間経過)。秩序が失われる。“変化プログラム”により、量子ビットに時間的な経過(変化)を加えることで、量子ビットの状態は複雑化し、秩序が失われる。ビリヤードにたとえると、ブレイクショットにより秩序だった三角形のボールがビリヤード台に散らばっていく状態。

ステージ3:時間逆転。特殊なプログラムを用いることで、秩序を失った量子ビットを過去に向かって秩序ある状態に回帰するよう促す。ビリヤードにたとえると、ボールが元に戻るよう完璧に計算された“キック”をビリヤード台にかました状態。

ステージ4:再生。変化プログラムを再び起動し、時間経過を再び引き起こす。ステージ3の“キック”により、過去に向かって時間が再生され、2つの量子ビットはそれぞれゼロを示す初期状態に戻る。ビリヤードにたとえると、逆再生によりビリヤードボールがブレイクショット以前の秩序に戻った状態。

 以上の操作により、なんと85%もの確率で2つの量子ビットが初期状態(0、0)戻ることが分かったという。2つのビットが示す値は全部で4通り。無作為に1つの状態が決まるとしたら、(0、0)が出る確率は25%である。偶然に頼るだけでは85%という確率は出てこないのだ。

 続いて3つの量子ビットでも同様の実験を行ったが、その結果は50%にとどまったという。2つの量子ビットに比べて成功率がガクンと下がったが、これは実験機材の精度の問題だと研究者らは考えている。とはいえ、3つのビットが示す値は全部で8通りであるから、無作為に(0、0、0)が出る確率は8分の1、12.5%だ。たとえ50%でも偶然と考えるには高すぎる確率である。
 以上の結果からレソビク氏は、「熱力学的な時間の矢の反対方向に向かう状態を人工的につくりだした」と考えているという。量子レベルでは熱力学第二法則は絶対ではないのだ。

 量子の世界は我々の直観に反する出来事だらけだ。今回の実験からすぐにタイムマシーンができるというわけではないが、熱力学の第二法則の絶対性を揺るがしただけでも大きな成果と言えるだろう。今後の研究に期待したい。



吉 四六
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