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人類の物質観を革新する「トポロジカル物質」、そのカギは時間や空間の反転にあり

バーチャル空間で物質を観る

トポロジカル物質はドーナッツとクロワッサン??

2016年のノーベル物理学賞は、物質のトポロジカル性質の解明の先駆けとなる発見をなしとげた3人の研究者に贈られました。

私は、10月初めのノーベル財団による発表記者会見の実況中継をインターネットで見ていましたが、受賞者の研究業績を紹介するノーベル賞選考委員の教授が、持ってきた紙袋のなかからクロワッサンとドーナッツとさらに二つ穴のドーナッツ型菓子パンを取り出し、トポロジーとは何か、記者たちに説明していました。

穴が開いているかいないか、いくつの穴が開いているか、そのような違いは数学でいうトポロジー(位相幾何学)という概念で整理され、穴の大きさや形などの詳細によらない「頑強な」性質を表現できることが知られています。

しかし、あのような菓子パンでのアナロジーの説明で物質のトポロジカル性質の本質が理解できるはずもないでしょう。ノーベル賞選考委員会としても、正面から研究内容をわかりやすく説明することを避けているようだと思いました。どうせ素人にはわからないだろうと。穴が開いているかどうか、穴がいくつ開いているかで菓子パンの味が違うと言いたいのではないのですが、そう誤解した人が世界中に少なからずいたのでは、と老婆心ながら心配しました。

Photo by Janine Lamontagne / gettyimages

トポロジカル物質は、驚くなかれ、世の中の時間の進み方が逆転したらどうなるのか、あるいは世の中の上下左右が逆転したらどうなるのか、といった奇想天外なことを考えて初めて理解できるものです。

物理学では、このような時間の反転や空間の反転という、まさにSFみたいなことを頭のなかで考えて理論を組み立てます。そこから導き出された結論を見ると、実は、時間の進み方や空間の認識の仕方について、私たち人間がある種の先入観をもっていること、そのために当たり前のように見えていたことも実は当たり前ではなく、そこには深遠な理由があることがわかったりします。

そして特殊な例外に気づくことがあります。その例外の一つがトポロジカル物質と言っていいでしょう。

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