何が変わったか

特殊相対性理論では、情報やエネルギーを伴う実体は真空中の光速 c を超えられないというのが鉄則として扱われてきた。物質中で減速した光を「上回る」現象 (チェレンコフ光など) は知られていたが、「真空中の c そのものを上回る速度を直接観測した」報告はこれまで存在しなかった。

イスラエル工科大 (Technion) の研究チームは、六方晶窒化ホウ素 (hBN) の薄い結晶内部に発生する「闇の点 (位相特異点)」の速度が、真空中の光速 c の1.04倍 — およそ秒速3億1200万メートル — に達する瞬間を、時空間で直接観測することに成功した。 これは特殊相対性理論には抵触しない (位相特異点は情報・エネルギーを運ばない) が、超光速イベントの直接観測としては史上初の事例となる。

社会にどんな影響があるか

主たる影響として、「光速を超えるものは存在しない」という直感を再定義する材料が物理学に追加される。情報やエネルギーを運ばない波動現象 — 位相特異点・群速度・位相速度 — は光速制約の対象外であり、特定の素材設計でその性質を増幅できることが実証された。フォトニックデバイスや極小空間での光制御技術 (ナノフォトニクス) において、波動の位相を意図的に制御する設計指針が一段強化される。

一方で副作用として、メディアでの過剰な単純化が懸念される。「光より速いものが見つかった = 相対論が破られた」という誤解は SF 的な期待を煽るが、本研究はあくまで位相特異点の話であり、超光速通信や FTL 旅行とは関係しない。

ニュースの詳細

実験は六方晶窒化ホウ素 (hBN) という、グラフェンに似たシート状の薄い結晶を用いて行われた。光がこの結晶に飛び込むと、結晶の原子振動と光の波が混ざり合った「フォノンポラリトン」と呼ばれる準粒子に変換され、真空中の光速の100分の1まで減速する。この減速したポラリトン波の中に「闇の点」(位相特異点) が生じる。

研究チームの計測では、この闇の点の平均速度が真空中の光速 c の1.04倍だった。さらに複数の闇の点をまとめて観測すると、全体の29%が c を突破した超光速状態にあった。理論計算では真空中で同じ実験をした場合に光速を超える割合は0.4%にすぎず、窒化ホウ素という素材が「闇の点の超光速イベントを増幅して見えやすくする装置」として働いていたことが明らかになった。

過去にも、超流体・超伝導体・流体の渦の中で類似の「加速」現象は観測されていたが、いずれも光速の手前で止まっていた。位相特異点が光速を超える瞬間を時空間で直接観測したのは今回が史上初。

キーワード解説

位相特異点 (Phase singularity) とは、波動場の中で位相が定義できなくなる点のことで、波の振幅がゼロに落ちる「暗闇の点」として現れる。光・音・水波など、あらゆる波動現象に共通して登場する位相パターンで、情報やエネルギーを運ばないため特殊相対性理論の光速制約の対象外になる。

フォノンポラリトン (Phonon polariton) とは、光 (フォトン) と結晶中の原子振動 (フォノン) が量子力学的に結合した準粒子。特定の周波数帯で光が結晶に侵入すると、原子振動と相互作用してこの混成状態に変わり、結晶内では光速の数十分の1から100分の1まで減速して伝搬する。ナノスケールで光を制御する次世代フォトニクスの主役候補。

六方晶窒化ホウ素 (hBN) とは、ホウ素 (B) と窒素 (N) が交互に並んだ六角形格子の二次元結晶。グラフェンと同じ層状構造を持ち、絶縁性・熱伝導性・化学耐性に優れる。近年はグラフェンや遷移金属ダイカルコゲナイドと組み合わせた二次元素子の基板として、また独自のフォトニック・量子素子の素材として注目されている。