量子と重力の衝突を実験で捉えた——約100年ぶりの難問に決着へ
ベングリオン大学ネゲブ校のロン・フォルマン物理学者が率いる国際研究チームが、これまで実験測定が不可能だとされてきた問題に取り組んだ。ノーベル賞受賞者ロジャー・ペンローズを含むドイツ、イギリス、アメリカの協力者たちとともに、量子波が自由落下によって何を受けるのかを検証する新しい干渉計を建造したのだ。この実験の成功は、量子力学とアインシュタインの重力理論の矛盾を解き明かす転換点となるかもしれない。
100年前の理論的予測を初めて検証
物理学者たちが約100年前に理論化した問題がある。自由落下が量子波に及ぼす影響についての予測が正しいのか、それとも誤りなのか。もし間違っていれば、量子力学とアインシュタインの重力理論は根本的に矛盾することになる。しかし必要な測定を実施できる干渉計（interferometer）を製造した例がなく、これまで実験的な検証は不可能だった。
フォルマンのチームが開発した新型干渉計は、単一原子に二つの経路を同時に与える。一つは自由落下を含む経路であり、もう一つは原子を完全に静止させたままの経路である。両者は同じ場所で同じ瞬間に終わるため、研究チームは自由落下が原子の波動的性質に与える影響を測定できるようになった。
すべての物質が波である量子の世界
ガリレオの時代から、物理学者は落下する物体の動きを記述する方法を知っていた。物体がどこに位置し、どのような速度で動き、どの程度の加速度で落ちるのか。こうした古典的な記述は日常経験の世界で完璧に機能してきた。
しかし量子力学は異なる見方を示す。フォルマンは「すべての粒子は、たとえ車であろうが宇宙船であろうが原子であろうが、波である」と述べている。海の波や音波と同じように、波である物質は上下に振動する。この上下の位置は「位相（phase）」と呼ばれる量で測定される。位相は、波の頂点にいるのか、それとも谷底にいるのかを示すものなのだ。
