一方、光にはエネルギーだけでなく運動量も持っていることが知られています。

ただ、これは古典物理学に照らし合わせた場合、運動量として捉えられるというだけであって、古典物理学の運動量と量子力学の運動量はイコールではありません。

古典物理学(ニュートン力学)では、「運動量 = 質量 ✕ 速度」という式で表されますが、そもそも光は質量を持っていないので、こうした考え方で捉えることはできません。

この点には注意しておきましょう。

アインシュタインはかつて、光も弾丸や小惑星のように、衝突した物体に運動量を移動できることや、光が放出されたとき発信元となる量子を逆方向に押す「反跳」など、物体と運動量のやりとりをする性質があることを示しました。

しかし今回ハーバード大学の研究者たちはアインシュタインの理論の一部に疑問を投げかける発見を行いました。

研究者たちが開発した「光の屈折率が0に近い材料」に対して光をあてたところ、運動量を伝える性質を失うどころか「光そのものの運動量が0になる」ことが判明したのです。

いきなり、そんなことを言われても意味がわからないので順々に説明していきましょう。

彼らが行っていたのメタマテリアルと呼ばれる分野の研究です。

メタとは「超越」という意味で、自然界を超越した材料を生み出すという意味です。

これは光の波長より細かな微細構造を物質中に作り出すことで、物質の光学的な特性を自在に操ることを目的としています。

こう聞くと難しく思えますが、簡単に考えるなら物質の中を通過する光の動きを自在に操る研究ということです。

そのためメタマテリアルは「透明マントを現実に作り出す研究分野」と説明されたりしています。

メタマテリアルの例。材料自体ではなく、材料中に作り出した微細構造で光の動きを操る。
メタマテリアルの例。材料自体ではなく、材料中に作り出した微細構造で光の動きを操る。 / Credit:en.Wikipedia

そして、今回彼らが研究したのは、光の屈折率がほぼ0になるメタマテリアルの中では、光がどうのような状態になるかということです。