물리학의 교과서를 고쳐 쓰는 실적
획기적인 측정·제어 기술에 길을 열 가능성이 있다.
독일의 천재 물리학자 웨르나-·하이젠베르크가 수립한 「불확장성 원리」를, 일본의 연구자가 약 80년만에 찢는 것에 성공했다.나고야 대학 교수로 수학자 오자와 정직씨.이번 성과는 「완전히 새로운 사이언스의 탄생을 가져올 것이다」라고 한다.오자와씨에게 연구의 의의나 파급효과를 말해 주었다.
「하이젠베르크의 불확장성 원리는 그 정의 자체가 애매하고, 과학 이론으로서의 요건이 부족하고 있었습니다.긴 일, 그 실증이나 반증을 하려고 해도 할 수 없는 것이었습니다」
하이젠베르크가 1927년에 발표한 불확장성 원리의 관계식은 현대풍으로는 이렇게 쓰여진다.
ΔqΔp≥h／4π (h는 프란크 정수,π는 원주율)
상정되고 있는 것은, 전자등의 입자의 위치와 운동량(질량×속도)을 동시에 측정하는 것.미크로의 세계는 직접 관찰을 할 수 없기 때문에, 입자에 빛을 쬐어 그 반사의 상태로부터 조사한다고 하는 사고실험으로부터 이끌린 식이다.
좌변의Δq는 측정하는 입자의 위치의 오차,Δp는 빛을 쬐는 것에 의해서 생기는 입자의 운동량의 혼란을 각각 나타낸다.만약, 위치를 정확하게(오차 제로로) 측정할 수 있으면, 운동량의 혼란이 무한대가 되어 버린다.위치와 운동량을 동시에 측정할 수 없다.이것이 불확장성 원리의 의미다.
그러나 오자와씨는 말한다.
「측정의 혼란에 의해서 오차가 제약을 받는다고 하는 주장이지만, 그 측정이란 어떤 것인가, 오차란 무엇인가라고 하는 과학적 정의가 하이젠베르크에는 없습니다.이것들을 이론적으로 취급할 수 있는 형태로 하는 것이 최초의 대처였습니다」
「측정이라는 것을 수학적으로 정의할 수 있었던 것이 1984년.오차를 정의할 수 있었던 것이 90 년 전후.그리고 오차의 사이의 관계를 식으로서 완성시켰던 것이 2003년이었습니다」오자와씨가 03년에 발표한 「오자와의 부등식」은 이런 형태다.
ΔqΔp＋σqΔp＋σpΔq≥h／4π
하이젠베르크의 식과 비교하면, 좌변에 2개의 항이 더해지고 있다.σq는 위치의,σp는 운동량의 각각의 「움직임」을 가리킨다.모두 측정전의 입자 상태로부터 정해지는 항이다.여기에서는Δq혹은Δp를 제로에, 즉 오차를 제로로 할 수 있다.조건 나름으로는, 그 양쪽 모두를 제로로 할 수도 있다.
그러나, 이 관계식을 실증하려면 , 실험으로 확인할 필요가 있었다.
「식을 발표한 다음 04년에, 오차나 혼란을 자세하게 계측하는 방법을 찾아냈습니다.이것으로 나의 식을 확인하는 실험이 가능하게 되었습니다.그것은 동시에, 하이젠베르크의 식이 처음으로 반증 가능하게 된 것도 의미합니다」
공동 연구자로서 실험에 임한 것은 빈 공과대학준교수 하세가와 유지씨.입자의 위치나 운동량을 그대로 측정하는 것은 어렵기 때문에, 거기에 대신하는 물리량으로서 중성자가 가지는 스핀으로 불리는 자석의 방향을 측정했다.결과는, 「오자와의 부등식」이 성립되어, 하이젠베르크의 식이 성립되지 않는 것을 가리키고 있었다.
불확장성 원리가 「깨져 있었다」라고 하는 것은 무엇을 의미하는 것인가.
「료코 물리량을 측정할 때의 오차의 이론이 완성되었던 것이 크다.지금까지는 불가능이라고 보여지고 있던, 오차나 혼란의 정량적인 계측이나 제어의 길이 열린다」
료코 측정 이론은, 초고속 계산이 가능한콴텀 컴퓨터-를 개발하거나 절대로 해독되지 않는 료코암호의 기술을 고도화하거나 하는데 도움이 된다.이 분야의 연구자는 벌써, 오자와씨의 이론을 기초로 연구를 진행시키고 있다고 한다.오자와씨 자신도 다음의 연구의 목표를 거기에 두고 있다.
「지금까지 쭉 료코 측정 이론을 연구해 온 가운데, 다양한 아이디어가 있다.오차의 이론을 한층 더 발전시키고, 료코 정보기술의 응용면에 잇는 연구를 진행시켜 나가고 싶다」
(편집 위원 요시카와화휘)
오자와 정직씨(오자와·더) 1974년 도쿄 공업대이학부졸, 79년 박사 과정 수료.나고야 오스케 교수, 교수, 토호쿠대 교수를 거쳐 2008년부터 명문대 교수.10년에 「료코 측정 이론의 선구적 연구」로 문부 과학 대신 표창 과학기술상.도쿄도 태생.61세.
