佐々真一 理学研究科教授、横倉祐貴 理化学研究所基礎科学特別研究員との共同研究チームは、物質を構成する粒子の「乱雑さ」を決める時間の対称性を発見しました。
本研究は、米国の科学雑誌「Physical Review Letters」（4月8日号）に掲載され、Editors’ suggestionに選ばれました。
研究者からのコメント
「乱雑さ」と「対称性」は、物理学の基本的な概念です。 しかし、これらは性格が全く異なっており、両者の関係 など想像もしませんでした。今回、偶然にも、両者が結 びつくことになり、二人の著者自身が驚いています。この 結果を踏まえて、発見された対称性をより深く理解し、 ブラックホールや時間の矢の問題に対して、新しい研究 方法を提供したいです。
概要
「乱雑さ」は、「エントロピー」と呼ばれる量によって表わされます。エントロピーはマクロな物质の性质をつかさどる量として19世纪中顷に见い出され、その后、さまざまな分野に広がりました。20世纪初头には、物理学者のボルツマン、ギブス、アインシュタインらの理论を踏まえて「多数のミクロな粒子を含んだ断热容器の体积が非常にゆっくり変化する场合、乱雑さは一定に保たれ、エントロピーは変化しない」という性质が议论されました。同じ顷、数学者のネーターによって「対称性がある场合、时间変化のもとで一定に保たれる量（保存量）が存在する」という定理が証明されました。
20世纪末、ブラックホールのエントロピーは、时空の対称性から导出できることが分かりました。この研究に触発され、今回、共同研究チームは、「ネーターの定理に従って保存量としてのエントロピーを导く対称性は何か？」という疑问を追究しました。具体的には、「ミクロな粒子の运动を记述する时间をずらしても、ずらす前の运动と同じ法则に従う」という対称性があるかを调べました。
その结果、量子力学のプランク定数を温度で割った分だけ时间をずらすように选んだときにのみ、そのような対称性が现れることが分かりました。そして、ネーターの定理をその対称性に适用することで得られる保存量がエントロピーと一致しました。この乱雑さを决める时间の対称性はこれまでにないものであり、どのような物质にも现れうる普遍的なものです。
今后、时间の対称性が导くエントロピーは、乱雑さとしてのエントロピーとは异なる方法でミクロとマクロの世界を结び付けることを可能にし、さまざまな分野に新しい视点を与えると期待できます。
详しい研究内容について
书誌情报
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Shin-ichi Sasa and Yuki Yokokura. (2016). Thermodynamic Entropy as a Noether Invariant. Phys. Rev. Lett. 116, 140601.
