量子の「超挙動」は一見何もないところからエネルギーを生み出せる

量子力学の世界では「1＋1が10になる」ような抜け道が潜んでいました。

アメリカのチャップマン大学（Chapman U.）で行われた研究によって、ほとんどエネルギーを持たない穏やかな量子の波を山ほど重ねるだけで、その一角が上限をあっさり飛び越えて高エネルギーを噴き出す――まるで“無”からエネルギーが湧き出すような「量子の超挙動」が理論的に証明されました。

いわば静かなオーケストラの合奏が、舞台の片隅だけでいきなり大音量のソロを響かせるようなものです。

全体はほぼゼロなのに、なぜ一部だけがこんな「はみ出しエネルギー」を生み出せるのでしょうか？

研究内容の詳細は『Physical Review A』にて発表されました。

超振動から超挙動へ

私たちが日常で目にする物質も、量子の視点では波として振る舞います。

量子力学によれば、状況次第であらゆる物体が波のような性質を示し、その波の性質（重ね合わせや干渉）が常識では考えられない奇妙な現象を生み出します。

その一つが「スーパーオシレーション（超振動）」と呼ばれる現象です。

通常、ある波に含まれる振動の速さ（周波数）には上限があります。

ところがスーパーオシレーションでは、全体としては高速な振動成分を持たない波が、局所的にはその上限を超えて振動することが可能です。

まるでマジックのようですが、これは1990年ごろイスラエルの物理学者ヤキール・アハロノフ博士らによって提唱され、量子論や弱測定の研究の中で注目され始めました。

最近では、この効果を光学系に応用することで回折限界を超える「超解像」が実現できる可能性が示されるなど、様々な分野で研究が進んでいます。

今回の研究を主導したアンドリュー・ジョーダン博士（カリフォルニア州チャップマン大学）らのチームは、このスーパーオシレーションの概念を発展させ、量子力学における任意の観測量について「通常の上限を超える超現象（superphenomena）」が起こり得るかを調べました。