仮想時間で光を「捉える」初めての試み

メリーランド大学（米国）の物理学者たちは、非現実的と思われる数学的概念である「虚数時間」で移動する光を観測するという、前例のない科学的成果を達成した。

光の動きを実空間と「仮想時間」の両方で観測することで、現代の人間の生活における実用的な応用の可能性が広がる - イラスト：NASA

通常、光は透明な物質を通過する際、真空中ほど自由に移動しません。物質内の複雑な電磁場ネットワークが光子一つ一つを減速させ、光線全体の進行を遅らせます。

この現象は、 科学者が光が物質の微細構造とどのように相互作用するかを理解し、その物理的特性を調査するのに役立ちます。

仮想から現実へ

この現象を記述する数学モデルの一部では、しばしば虚数と呼ばれる数が用いられます。これらの数は日常生活において実質的な価値を持たず、純粋に数学的なツールとしてのみ扱われることが多いのです。今回の新たな実験は、一見紙の上だけの数に見えるこれらの数が、実際には完全に測定可能な物理現象として現れる可能性があることを示しました。

物理学分野で最も権威のある科学誌の一つであるPhysical Review Lettersに掲載された研究で、物理学者イザベラ・ジョヴァンネッリとスティーブン・アンラージの2人の研究チームは、可視光線以外の光であるマイクロ波を用い、同軸ケーブルの閉ループを通して伝送したと述べています。この装置は、制御された環境をシミュレートし、物質中における光パルスの伝播を研究します。

マイクロ波がシステムを通過する際の微小な周波数変動を測定することにより、研究者たちは、周波数の変化はランダムではなく、方程式内の虚数の物理的な現れであることを発見しました。

これは、虚時間の概念が単なる数学的な空想ではなく、実際に存在し、光の伝播に影響を与えることを示しています。

アンラージ博士は、研究チームがこれまで見過ごされてきた光の波の自由度を発見し、かつては「仮想」と考えられていた現象が、完全に現実の要素によって説明できるようになったと述べた。

驚くべきことに、この媒質中の光パルスは、それを構成する光子よりも一時的に速く移動することができます。これは逆説的に聞こえるかもしれませんが、媒質と波の構造の影響から導かれる論理的な帰結です。

実用化への期待は大きい

この実験の成功は、理論物理学の分野における単なる前進ではありません。「虚時間」と呼ばれる状態における光の観測は、現代生活における実用化への多くの展望を開くものです。

光からマイクロ波までの電磁波が物質を通過する際にどのように移動し変化するかを人間がより深く理解するにつれて、電磁波に依存する多くの技術を最適化できるようになります。

例えば、無線通信分野では、この新たな知識は信号伝送の速度と精度の向上に役立ちます。レーダーやセンサーシステムでは、感度の向上と干渉の低減に貢献し、航空、 軍事、自動化などの分野における効率向上につながります。

特に、あらゆる相互作用が光子のような微小粒子の挙動に依存する量子コンピューティングの新興の世界では、光の挙動をより深く理解することが、将来、より強力で安定したコンピューティング デバイスを設計する鍵となる可能性があります。

言い換えれば、かつては完全に抽象的だと考えられていた現象が、今では仮想時間は徐々に現実の技術世界の有用な一部になりつつあるのです。

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ミン・ハイ

出典: https://tuoitre.vn/lan-dau-bat-duoc-anh-sang-trong-thoi-gian-ao-20250630214758668.htm