物理学者たちが重力は熱とランダム性の偽装にすぎないのかを議論

重力の本質に関する論争的なアイデアが物理学コミュニティで熱い議論を巻き起こしている。基本的な力であるのではなく、重力は実際には目に見えない粒子のランダムな運動と混合から生じる可能性があると一部の研究者は提案している。つまり、重力は本質的に熱とエントロピーの結果であるということだ。

エントロピー重力として知られるこの概念は、私たちが重力的引力として経験するものが、実際には宇宙規模で展開される宇宙の無秩序への傾向にすぎないことを示唆している。これは蒸気が部屋の中に自然に広がる様子や、絡まったヘッドホンのコードが時間とともにより乱雑になるように見える現象と似ている。

代替重力理論の歴史的背景

• 17世紀: Newton と同時代の研究者たちは、重力を引力ではなく押力とする機械的モデルを提案した
• 1995年: Ted Jacobson が熱力学的性質から Einstein の方程式を導出することで、現代のエントロピー重力理論を導入した
• 2010年: Erik Verlinde がエントロピー重力理論を主張する影響力のある論文を発表した
• 2024年: Carney のチームが重力と量子情報を結びつける新たな検証可能なモデルを発表

見えない粒子理論

Lawrence Berkeley National Laboratory の Daniel Carney による最近の研究は、これがどのように機能するかについて2つのモデルを提示している。最初のモデルでは、空間は qubit と呼ばれる量子粒子の格子で満たされており、それぞれが小さなコンパスの針のような向きを持っている。質量のある物体が現れると、近くの qubit が同じ方向に整列し、そうでなければランダムなシステムに秩序のポケットを作り出す。

自然は無秩序を好むため、システムはこれらの秩序ある領域を押し合わせることでエントロピーを最大化しようとする。これが質量のある物体間の重力的引力として現れるものを作り出す。2番目のモデルは格子を完全に除去し、qubit が空間のどこにでも存在できるようにしながら、同じ重力効果を生み出す。

Qubit：量子情報の基本単位で、通常のコンピュータビットが情報を保存する方法と似ているが、量子特性を持つ

エントロピー重力モデル比較

学術的な環境でエントロピー重力モデルについて理論的議論を行う科学者

コミュニティの懐疑論と支持

物理学コミュニティはこのアプローチについて深く分かれたままである。多くの研究者は、エントロピーをシステムに関する私たちの不完全な知識の尺度ではなく物理的な力として扱うことの根本的な問題を指摘している。

「私にとって、エントロピーは物理的なものではなく、システムに関する私たちの不完全な知識の尺度です。私たちは物質の巨視的性質しか測定できないため、巨視的性質がシステムの真の微視的状態をどれほど不完全に記述しているかを定量化する数字を作り上げたのです。」

批評家たちはまた、これらのモデルが Einstein のより完全な一般相対性理論ではなく、Newton の単純な重力法則しか再現していないことも指摘している。地球上のような弱い重力場では問題なく機能するが、重力が真に奇妙になるブラックホール近くの極端な条件については何も語っていない。

現在のエントロピック重力モデルの主要な限界

• Newton の法則のみを再現し、 Einstein の一般相対性理論は再現できない • 量子ビット相互作用に関するアドホックな仮定が必要 • 提案された量子ビットに対する独立した証拠が存在しない • 強い重力場（ブラックホール）を説明できない • 重力の固有特性（等価原理）に対処していない

物理学コミュニティ内でエントロピー重力理論の妥当性について議論する科学者たち

テストの課題

この最新の研究を興味深いものにしているのは、多くの理論物理学の提案とは異なり、実際にテスト可能かもしれないということだ。これらのモデルは、同時に複数の状態にある量子物体が重力効果により単一の状態を選択することを強制されると予測している。これは量子システムが複数の可能性から確定的な状態に崩壊する様子を研究する進行中の実験と関連している。

しかし、一部の物理学者は、これらのテストが重力自体について意味のあることを証明するかどうか確信していない。これらのモデルは提案された qubit と物質の間の慎重に設計された相互作用を必要とするため、これが真の進歩を表すのか、それとも私たちがすでに知っていることを記述するより複雑な方法にすぎないのかを疑問視する人もいる。

この議論は、より深い微視的物理学から生じる創発現象として重力を理解しようとする人々と、重力が時空そのものの基本的な側面を表すと信じる人々の間の現代物理学におけるより広範な緊張を反映している。エントロピー重力は少数派の見解のままであるが、その持続性は、この最も身近でありながら神秘的な力に対する私たちの理解がまだ完全には程遠いことを示唆している。

参考文献：Is Gravity Just Entropy Rising? Long Shot Idea Gets Another Look.