東北大学は「量子速度限界」と呼ばれるミクロなスケールの運動に関する不等式が、我々の普段目にするようなマクロなスケールでの集団現象においても普遍的に存在する不等式であることを明らかにした。今回の成果は東京工業大学の奥山真佳氏と東北大学の大関真之准教授によるもの。

 身近な物理現象を記述するニュートン力学に対して、原子や分子などミクロなスケールにおいては量子力学という異なる原理が成立している。これは、不確定性原理と呼ばれるミクロなスケールにおいて発現する特性が量子力学の形成に関わっている。

 この量子力学に従うミクロなスケールでの運動において、「量子速度限界」と呼ばれる制限が存在することが知られていた。この量子速度限界は長らく量子力学特有の現象であり、そういった運動の制限はミクロなスケールでのみ存在するものと信じられていた。

 今回の研究では、量子力学の基本から見直すことで、量子速度限界の根本的起源が、量子力学特有の現象を引き起こす不確定性原理にはなく、様々な現象を記述する運動方程式に広く成立するものであることを明らかにした。その結果、マクロなスケールにおける集団現象の振る舞いを記述する多種の方程式において様々な速度限界を発見した。

 本研究成果をきっかけに、様々な運動に関係した普遍的な原理の解明が進むことが期待される。本研究成果はアメリカ物理学会が発行するPhysical Review Letters誌(2018年2月9日号)で公開された。

論文情報:【Physical Review Letters】Quantum Speed Limit is Not Quantum

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