金は融点の14倍まで加熱しても溶けない場合があると判明 (3/3)

【まとめ】常識を超えた金の超加熱が世界をどう変えるか

今回の研究によって、「固体の温度には限界がある」というこれまでの物理学の常識が、条件次第で簡単に超えられてしまう可能性が示されました。

この結果は、これまで40年以上にわたり物理学者たちが受け入れてきた考え方を大きく覆すもので、科学の世界に大きな衝撃を与えています。

「固体の限界」は本当に存在するのか、あるいは極めて短い時間だけであれば実質的に「無限」に近い温度まで固体が存在できるのかもしれない──今回の実験はそんな不思議な可能性を示唆しているのです。

まず、この研究が科学的に重要である一つ目の理由は、「エントロピー破局」という理論を実験的に超えたことです。

「エントロピー破局」とは、固体が極めて高い温度に達するとエントロピー（物質の乱雑さ）が液体より高くなり、理論上は固体が安定できなくなってしまう限界のことです。

しかし、今回の研究では超高速レーザーという特殊な方法を使うことで、この理論的な上限をあっさりと超えることができました。

つまり、「物質のエントロピーは常に増加する」という熱力学の基本的なルールに反しているように見えながらも、実際には非常に短い時間（約45フェムト秒）であれば、そのルールに抵触せず限界を超えられることを実証したのです。

もう一つ、この研究が持つ科学的な価値は、「新しい温度測定法を開発した」点にあります。

極端な高温や高圧といった「極限環境」での物質のふるまいを正確に理解するには、まずその環境下での温度を正しく測る必要があります。

しかしこれまでは、このような極限状態では温度を直接的に測ることは難しく、研究者は理論モデルや推測に頼るしかありませんでした。

今回の研究チームが採用したのは、X線レーザーを使って原子の振動を直接測ることで温度を導き出すという方法です。

これは言わば、極限状態での物質に直接触れることなく、その温度を正確に「のぞき見る」ことができる画期的な手法です。

研究者のボブ・ナグラー氏は、この手法により「これまで不確かだった高エネルギー密度物質の温度測定を飛躍的に改善できる」と指摘しています。

実際、この新しい手法によって、これまで見逃されてきた現象や、理論モデルでは予測できなかった未知の現象が今後明らかになる可能性もあります。

では、なぜこうした極限状態での研究がそれほど重要なのでしょうか？

一つには、このような研究が惑星の内部構造を理解する手がかりになるということがあります。

私たちが住む地球や、木星や土星といった巨大な惑星の中心部は、極めて高温で高圧な状態にあると考えられていますが、直接観測することは不可能です。

しかし、この実験で用いられた方法を利用すれば、実験室内で惑星内部の極限環境を再現し、その中で物質がどのようにふるまうかを正確に知ることができます。

実際に研究チームは、今年の夏にこの新たな手法を用いて惑星の内部を再現する実験にも着手しています。

さらにもう一つ、この研究が社会的に重要な理由は、核融合エネルギーの研究への貢献が期待される点にあります。

核融合とは、太陽がエネルギーを生み出す仕組みと同じように、非常に高温かつ高密度の環境で原子核が融合し、莫大なエネルギーを生み出す現象です。

核融合エネルギーは、将来的に人類にとって安全で持続可能なエネルギー源となることが期待されています。

核融合を実用化するためには、小さな燃料ターゲットをレーザーで一瞬で圧縮して高温高密度にする必要がありますが、その過程でターゲットがいつ融解し、どの程度の温度に達するかを正確に知ることが重要です。

今回の研究で確立された新しい温度測定法を使えば、このような核融合ターゲットの温度や状態の変化を非常に精密に測定できる可能性があります。

こうして見ていくと、この研究は単に物理学の基本的な理論を覆しただけでなく、私たちの宇宙やエネルギー問題に対する理解を深めるための重要な突破口を開いたことが分かります。

今回の実験結果を受けて、「では、他の物質でも同じ現象が起こるのだろうか？」「どこまで物質を加熱しても、本当に固体は崩れないのだろうか？」という新たな疑問が次々と生まれてきています。

物理学者たちがこれから取り組むべき課題は、まさにここにあると言えるでしょう。