【衝撃】重力の謎を解明する重力子（グラビトン）のようなものを発見【タイムトラベルも可能に】

2024年4月6日 12:01

今回は、重力を伝える謎の粒子「重力子」のようなものが発見されたニュースについて考察します。
重力の謎や正体、重力研究の歴史も解説します。

【重力子らしきものを発見したという論文】
●Evidence for chiral graviton modes in fractional quantum Hall liquids/natureより
分数量子ホール液体におけるキラル重力子モードの証拠
2024年3月27日
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07201-w
#科学解説 #重力 #bttp #タイムリープ
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BTTP タイムトラベルやパラレルワールドなど、不思議な現象を在野で研究しているBTTPです。
BTTP 今回は、重力を伝える謎の粒子「重力子のようなものが発見されたニュースについて考察します。
観察くんピョコ
観察くん観察くんです。BTTPのアシスタントです。
観察くん「重力って、このチャンネルでも何度か紹介してるけど、
観察くんそのたんびに難しくて眠たくなっちゃうんだよね。
BTTP りょーかい。観察くんが眠くならないようわかりやすく説明するから、聞いてみて。
観察くんはーい。
BTTP 2024年3月27日、重力子のようなものを発見したという記事が、
BTTP イギリスの科学誌「ネイチャーに掲載されました。
BTTP 中国の南京大学や、アメリカ、ドイツの研究チームが、重力を伝えるという素粒子
BTTP 「重力子に似たものを半導体から発見したそうです。
観察くん似たものって、本物じゃないってこと？じゃあ大騒ぎすることないじゃん。
BTTP いや、重力の観測はとても難しく、わかってないことがまだまだ多い。
BTTP 2015年、ブラックホールが合体したときに発生した重力波の初観測に成功したけど、
BTTP 貢献した研究者たちには2年後、ノーベル賞が与えられたよ。
観察くんふーん…、重力の観測ってすごいことなんだ。
観察くんでも、なんでそんなに難しいの？
BTTP この世界には電磁気力などの4つの力があるけど、重力はその中でも飛びぬけて弱いからだ。
BTTP たとえば地面に落ちた釘を、小さな磁石1つで引っぱり上げられる。
BTTP 釘を地面に引き付ける力は地球の重力で、磁石は電磁気力だ。
BTTP 大きな地球の重力は、小さな磁石1つの電磁気力に負けてしまうんだ。
観察くんなるほどね。
BTTP 今回の実験は直接重力子を発見したわけではないけど、
BTTP 観測が難しい現象を、似たような代わりのもので調べる実験はよく行われている。
BTTP たとえば重力波を発生させる元になったブラックホール。
BTTP これを調べようと地球上にブラックホールを作ったらどうなると思う？
観察くんなんでもかんでも吸い込んじゃうからチョー危険じゃん！
BTTP 安心して。現在の科学で作れるブラックホールはとても小さいから、
BTTP できた瞬間すぐに消えてしまう。
BTTP でもすぐに消えてしまうから観測が難しく、その性質だけを他のものに、
BTTP たとえば音に変えて調べる実験が行われている。
観察くん音でブラックホールが作れるの？
BTTP あくまで似た性質をもつものだけどね。でも実験としては意味がある。
BTTP 今回の研究でも、重力子と似た性質のものが作り出せたのは大きな成果だ。
観察くんちょっとまって。そもそも重力子ってなんなの？
BTTP 重力を伝えると考えられている素粒子だよ。
観察くん重力を伝えるってところからもうわかんない。
BTTP じゃあ「重力とは何かから考えてみよう。観察くんは重力って何《なん》だと思う？
観察くんうーん…、ぼくらが地球に引き付けられている力？
BTTP そう。物体同士が引き合う力を引力と言って、われわれには地球の引力が働いている。
BTTP もう1つ、地球は自転しているから外に引っぱられる力「遠心力も働いている。
BTTP 重力とはこの「引力と遠心力を合わせた力だ。
BTTP ちなみに物体そのものが持っている変化しない量を「質量と呼ぶ。
BTTP 重力は物体に働き「重さの原因になっている力だ。
観察くん重さの原因？重さは変化するの？
BTTP そう。たとえば観察くんの体重って何キロ？
観察くん 60キロ
BTTP （い、いがいに重たいんだね…）
BTTP たとえば地球で60キロの観察くんが月で体重を測ると、重力が約６分《やくろくぶん》の１だから10キロと表示される。
観察くんやったー！かんたんにダイエット成功だ!
BTTP やせたわけではないけどね…。
BTTP ちなみに昔は、この重さが重ければ重いほど、速く落下すると考えられていた。
観察くん重い方《ほー》がはやく落ちるんじゃないの？
BTTP 違う。16世紀にガリレオガリレイがピサの斜塔《しゃとー》から重い球と軽い球を同時に落とし、
BTTP 2つとも同時に地面に着地することを証明した。
BTTP この実験は実際には行われていないという説もあるけど、
BTTP 1971年にアポロ15号の宇宙飛行士が月で同じ実験をして、
BTTP 空気抵抗の無い月の上でハンマーと鳥の羽を同時に落とすと、同時に地面に着いた。
BTTP 重力が万物に働く力だというのを明らかにしたのは、17世紀のアイザックニュートンだ。
BTTP リンゴが木から真下に落ちるのを見たニュートンは、
BTTP なぜ夜空の月は落ちてこないのかと疑問に思った。
観察くんそういえば、なんで月は落ちてこないの？
BTTP ボールを投げるとき、投げる速さが速ければ速いほど下に落ちないよね。
BTTP 地球は球体で曲がっている。ゆっくり投げれば途中で落ちるけど、
BTTP ものすごく速く投げて地球の曲がり具合と同じように調整すれば、ボールは1周して戻ってくる。
BTTP 月は落ちてこないように見えるけど、地球の曲がり具合に沿った速度で落ち続けているんだ。
BTTP この「月が地球の中心に向かって受ける力を重力と考え、ニュートンは万有引力の法則を発表した。
観察くんりんごが落ちるのを見てそんなこと思いつくなんて、ニュートンさん、すごいね。
BTTP うん。でも実はりんごの話も実際の記録はなく、作り話みたいだけどね。
観察くんずこ！
BTTP そんなすごいニュートンでも「重力がなぜ何もない空間を伝わるのかよくわからなかった。
BTTP この謎を解明したのが20世紀のドイツの物理学者、アルベルトアインシュタイン博士だ。
BTTP アインシュタイン博士は一般相対性理論で、重力は空間の歪みによって生まれると説明した。
観察くんどういうこと？
BTTP トランポリンの上に人が乗るとへこみ、体重が大きければ大きいほどへこみは大きくなる。
BTTP アインシュタイン博士によれば、同じように地球の質量によって周囲の時空が歪み、
BTTP その歪んだ曲面に沿って月が回っているというんだ。
観察くんなんか、いまいちよくわかんない…。
BTTP でも重い天体によって時空が歪むことは「重力レンズという現象で証明されている。
BTTP ある星を観測するとき、その間《あいだ》をブラックホールなどの大きな質量の天体が通過すると、
BTTP 星からの光が歪んだ空間に沿って、2つの像に分かれて見えるんだ。
観察くんなるほどね。重力のことはわかったから、そろそろ重力子について説明してよ。
BTTP はい。20世紀になり小さな領域を研究する量子力学が発展し、
BTTP この世界は17種類の素粒子で構成されているという標準模型が完成した。
観察くんひょうじゅんもけい？難しそうな名前だね。
BTTP はは…。重力子に関係のあるところだけ説明するね。
BTTP 素粒子は大きく分けると、電子のような物質の材料になるフェルミ粒子と、
BTTP 光子のような力を伝えるボース粒子の2つに分けられる。
BTTP 今回はこの「力を伝えるボース粒子に注目する。
BTTP この世界には、電磁気力、強い力、弱い力、そして重力という4つの力がある。
BTTP 普段われわれが目にする電気や磁石のような電磁気力を伝える「光子。
BTTP 素粒子を結びつける強い力を伝える、のりのような働きをする「グルーオン。
BTTP 素粒子に変化を起こす弱い力を伝える「ウィークボソン。
BTTP そして素粒子に質量を与える「ヒッグス粒子だ。
BTTP ボース粒子はこれでぜんぶだけど、何か足りないと思わない？
観察くん重力を伝えるものがないね。
BTTP そう！この標準模型は世界の仕組みを説明できるとして重宝されているけど、
BTTP まだ重力だけが組み込めていないんだ。
BTTP そして重力を伝えるボース粒子が今回のテーマ「重力子だ。
BTTP フェルミ粒子とボース粒子はスピンという特性で区別される。
観察くんスピン？なにそれ？
BTTP 回転みたいなものだと思って。標準模型のフェルミ粒子のスピンはすべて２分《にぶん》の１回転。
BTTP ボース粒子のスピンはヒッグス粒子が0、それ以外はぜんぶ1だ。
BTTP そして問題の重力子のスピンは「2だと考えられている。
BTTP フェルミ粒子とボース粒子にはスピン以外にも違いがあり、
BTTP フェルミ粒子は1つの状態に1つまでしか入《はい》れないけど、
BTTP ボース粒子は1つの状態にいくつも入ることができる。
BTTP さらにボース粒子の温度を冷やしていくと、バラバラに動いていた粒子が重なり、
BTTP 1つの素粒子のように振舞う「ボースアインシュタイン凝縮という現象が起こる。
BTTP 今回の実験では、半導体を超低温に冷やして強い磁場をかけると、
BTTP この「ボースアインシュタイン凝縮のように集まった状態になり、
BTTP そのスピンを調べると、なんと「重力子と同じ2だということがわかったんだ。
観察くんおお！ …って、よくわかんないけど…。
BTTP ただし今回の実験では、重力子のもう1つの特徴「質量0は実現されていない。
BTTP だから重力子そのものではなく「似たようなものなんだ。
観察くん今回の実験のことはよくわかったよ。
観察くんところでこの重力子が解明されれば、どんなことができるの？
BTTP さっきのトランポリンの例えに戻るけど、アインシュタイン博士は興味深い指摘をしている。
BTTP トランポリンの上に何もない場合、端から端までボールが進むのに1秒かかるとする。
BTTP 人が立ってトランポリンがへこむと、へこみに沿って同じ速さでボールが進んだ場合、
BTTP 人《ひと》がいないときに比べて、距離が長くなるので端まで着くのに1秒以上かかる。
BTTP このへこみを時空の歪みと考えると、「重力」つまり時空の歪みで時間の経過が遅くなるんだ。
観察くん重力で時間が遅くなる？
BTTP そう。せっかくだからこのチャンネルのテーマ「タイムトラベルについて考えてみよう。
BTTP 重力を利用した未来へのタイムトラベルの方法として、巨大なブラックホールに近づき時間を遅らせ、
BTTP そこから離れると、未来の時間に行くことができる。でもブラックホールのある場所まで行くことが難しい。
観察くんていうか…、ブラックホールなんか近づきたくないよ。
BTTP だから他の方法として、例えば頑丈な箱の外側に重力子を集めてその中に入れば、
BTTP 箱の中の時間は外の時間よりゆっくり進む。箱から出ると、そこは未来の世界だ。
BTTP あと重力子をうまくコントロールできるようになれば、車の下に装置を取り付けて車体を浮かせ、
BTTP 私の大好きな映画「バックトゥーザフューチャーのラストに登場する、
BTTP 空を飛ぶデロリアンが実現できるかもしれない！
観察くん楽しみ！

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