落下する量子波もアインシュタインの「最も幸福な着想」に従う
2026年9月2日、あるチームが『サイエンス・アドバンシズ』誌に、自由落下する物体が得る量子位相の初めての測定を報告した。原子波包の一方を自由落下させ、もう一方をその場に保持したところ、両者の位相は等価原理から予想される値と約 2.5 ％の精度で一致した。
アインシュタインの等価原理——彼がのちに生涯で「最も幸福な着想」と呼んだ着想——は、自由落下する観測者には重力と加速度を局所的に区別できないと述べる。大きな物体については非常に高い精度で確かめられてきたが、量子論の中では独特の形をとる。落下する物体に伴う波は、落下時間の3乗で増える位相を得るはずだというのである。この予言は 1927年の Charles Galton Darwin と Earle Kennard にさかのぼり、これまで測定されたことはなかった。
ネゲヴ・ベングリオン大学の Ron Folman らのチームは、ウルムとオックスフォードの研究者（著者には Roger Penrose、Vlatko Vedral、Wolfgang P. Schleich を含む）と共に、Quantum Galileo Interferometer と呼ぶ冷却原子干渉計を作った。約 2万個のルビジウム原子を原子チップ上の磁気トラップで冷やしてボーズ・アインシュタイン凝縮をつくり、二つの内部状態の重ね合わせに置いた。一方の波束はチップ面の約 113 マイクロメートル下で磁場によって保持され、もう一方は磁場に鈍感にされて弾道的に飛び、重力だけで上昇して落下し、弧の頂点で約 7.5 マイクロメートル離れた。2.4 ミリ秒後に両経路を再結合させ、干渉縞から相対位相を読み取った。
5.3 時間にわたる 633 回の実験サイクルで、位相は約 80 ラジアンに及ぶ 13 回の完全な振動を描き、自由パラメータを持たない理論予測とのずれは約 2 ラジアン、すなわち約 2.5％ だった。同じ位相は二通りのまったく異なる道筋で導ける。重力を量子波に働く力として扱う道と、重力が消える自由落下系に移る道である。両者が同じ答えを与えることこそが、この測定を量子領域での等価原理の検証にしている。著者らは限界も明記する。この結果は重力自体が量子的であることを示すものではなく、二つの理論を統一するものでもなく、ペンローズが量子力学の破綻を予想する質量と時間の領域にははるかに及ばない。