時空の量子化をとらえる

量子世界では，粒子が同時に2つの場所に存在するという不可思議なことが起こりうる。物理学者はこれを「重ね合わせ」と呼ぶ。量子的な重ね合わせは実際に実験室で何度も確認されているが，非常にデリケートで壊れやすい。重ね合わせになった粒子が周囲の粒子のどれかと相互作用すれば，重ね合わせは直ちに「収縮」し，粒子の場所は1つに確定する。

だが重ね合わせが保たれている間，粒子の物理的性質はどうなるのだろうかとウィーン大学のアスペルマイヤー（Markus Aspelmeyer）は考えた。例えば粒子が生み出す微小な重力場はどうなるのか。「ある物体を重ね合わせにしたとしよう。ここで疑問が生じる。その物体はいったいどのように重力を及ぼすのか？　私たちはこの問題に答えを出したいと思っている」。

彼がやろうとしている実験は，もともとかの有名な物理学者ファインマン（Richard Feynman）が1957年の学会で思考実験として提唱したものだ。もし重力が量子現象であるなら，同時に2つの場所に存在する重ね合わせになった粒子は2つの異なる重力場を生み出すだろうとファインマンは主張した。一般相対論によると，重力場は時空の歪みである。従って1つの小さな質量が量子的重ね合わせになった場合，2つの異なる時空が隣り合って同時に存在することになる。

仮にこうした時空の重ね合わせが生じた場合，そこに別の物体（試験質量と呼ぶ）を持ってきたら，重ね合わせになった時空とどんな相互作用をするだろう？　2つの異なる重力場から引力を受けて運動するだろうか。それとも一部の物理学者が考えているように，相互作用によって重ね合わせが壊れ，普通の（1つの）重力場による運動をするのだろうか。もしも時空の重ね合わせが壊れずに保たれ，試験質量が重ね合わせになった重力場と実際に相互作用したら，それは重力場の重ね合わせが試験質量と「量子もつれ」になることを示す強力な証拠となるだろう。

アスペルマイヤーの実験は一見不可能に見えるが，重力の理解を一変する可能性を秘めている。



再録：別冊日経サイエンス247「アインシュタイン　巨人の足跡と未解決問題」