同じ系の中に2つのムペンバ効果が隠れていた
研究チームの発見は、「日常の世界と量子の世界で同じ構造が見られる」というだけにとどまりません。
さらに踏み込んで、2種類のムペンバ効果が実は1つの距離の内訳として現れることを明らかにしています。
物理学には、ある系がゴール（平衡）からどれだけ離れているかを1つの数字で表す尺度（相対エントロピー）があります。
いわば、ゴールまでの「総合的な距離」を1つの数字で表したものです。
研究チームはこの「総合的な距離」が、2つの成分にきれいに分かれることを示しました。
「平衡からの全体的な距離」＝「対称性の壊れの大きさ」＋「対称性を保ったまま残る平衡からのズレ」
つまり、熱的ムペンバ効果は左辺全体を見たときの現象であり、対称性ムペンバ効果は右辺第1項だけを見たときの現象なのです。
同じ物理系でも、「何を測るか」を変えるだけで、異なるタイプのムペンバ効果が顔を出す──そうした構造が、この1本の式から浮かび上がってきました。
実際に研究チームは、同じシステムで測る尺度を切り替えるだけで、2つのムペンバ効果が両方とも現れることを計算で確認しています。
別々の現象に見えていたものが、1枚のコインの表と裏だったのです。
論文では、この枠組みはエネルギーや対称性だけでなく、量子もつれなど他の「資源」にも広げられる可能性が指摘されています。
探すべき場所さえわかれば、似た現象は次々と見つかるだろう──著者らはそう予測しています。
量子コンピュータの初期化を高速化したり、量子センサーの精度を高めたりといった応用の糸口も、この「どこを探すか」の地図から見えてくるかもしれません。
1963年にタンザニアの教室で始まった「なぜ熱い方が先に凍るの？」という問いは、60年の時を経て、量子の世界にまで届きました。
水そのものの謎は今も完全には解けていませんが、その奥にある構造は、驚くほどシンプルなものだったのです。
遠回りに見える道にこそ、近道が隠れていることがある。
それは、お湯でも量子ビットでも変わりません。
元論文
Resource-Theoretical Unification of Mpemba Effects: Classical and Quantum
https://doi.org/10.1103/rbt4-psfd
ライター
川勝康弘: ナゾロジー副編集長。 大学で研究生活を送ること10年と少し。 小説家としての活動履歴あり。 専門は生物学ですが、量子力学・社会学・医学・薬学なども担当します。 日々の記事作成は可能な限り、一次資料たる論文を元にするよう心がけています。 夢は最新科学をまとめて小学生用に本にすること。
編集者
ナゾロジー 編集部
