オーストリアのインスブルック大学（University of Innsbruck）で行われた研究によって、特定の条件下では「物に力を加え続ければ必ず熱くなり乱雑さが増加する」という常識が、量子の世界では当てはまらないことが実験で示されました。
研究では極限まで冷やした原子集団に繰り返し外部からの力を加えたとき、運動エネルギーEと情報エントロピーSが調べられており、それらが数百回のキックで頭打ちになりることが確認されました。
このように外部から衝撃を与えても加熱が進まず、エネルギーと乱雑さが飽和する量子ガスの振る舞いは、古典物理学で予想される「エネルギーの拡散や乱雑さが増え続ける」直感に反するものです。
いったいなぜ原子たちはこれ以上エネルギーを吸収せず、まとまりを保てたのでしょうか？
研究の詳細は2025年8月14日に『Science』にて掲載されました。
目次
- エントロピーと熱の常識に量子が反乱を起こすのか？
- 量子は常識に抗い、加熱は頭打ち
- 熱化を制御する未来──量子技術へのヒント
エントロピーと熱の常識に量子が反乱を起こすのか？
私たちの身近な世界では、「熱」はとても当たり前の現象です。
たとえば、両手をこすれば温かくなり、金属を何度も叩くと熱を帯びます。
これは「エネルギーを加えると物体が熱くなり、整った状態がだんだん乱れていく」という自然な流れです。
この「乱れ」を表す物理の基本概念がエントロピーです。
簡単にいえば、「中の粒子がどれだけバラバラで自由に動いているか」を示す指標です。
熱力学では「閉じた系ではエントロピーは必ず増える（乱雑さが増す）」という熱力学第二法則が成り立ちます。
この法則は、原子や分子のような小さな粒子の世界でも成り立つと長く考えられてきました。
特に多くの粒子が強く相互作用している場合は、エネルギー交換が活発になり、より早く熱が広がると予想されていました。
