「量子の変な噴水」で物理の難問に挑戦！“逆向きスプリンクラー問題”ついに決着か

物理学者リチャード・ファインマンがかつて「直感に反する厄介な問題」として語ったことで知られる「逆向きスプリンクラー問題」をご存じでしょうか。庭でよく見る回転スプリンクラーから出る水の向きを反対にし、水を吸い込む側にしたら、装置はどちらに回るのか——という、一見シンプルだけれど議論が割れてきた有名な難問です。

その“変なスプリンクラー”を、今度は量子力学の世界で再現してしまった研究が話題になっています。研究チームは、「シリースプリンクラー（Silly Sprinklers）」と名づけた装置を考案し、微小な粒子や波の振る舞いを模した実験と数学モデルを組み合わせて、この古典的難問に決着をつけようとしました。

量子力学とは、原子や電子など“超ミクロ”の世界で起こる現象を扱う物理学で、「粒子なのに波」「同時に複数の場所に存在」といった、日常感覚では理解しづらい不思議なルールがたくさん出てきます。今回の研究では、その量子の奇妙さをうまく利用し、「押す」と「吸う」が同時に起こったときの流体のふるまいを、従来よりも精密に追跡できるようにしました。

まだ完全に教科書を書き換える段階ではないものの、結果としては「逆向きスプリンクラーは、多くの人が予想していたほど劇的には逆回転しない。圧力差と流れの立ち上がり方のバランスで、ごく小さく回るか、ほとんど回らない」という結論に近づいています。つまり、半世紀以上物理学者を悩ませてきた“変な噴水”を、ようやく数式と実験でスッキリ説明できるようになってきた、というわけです。

子どものころ庭で遊んだあのスプリンクラーが、じつはノーベル賞級の物理学者を本気にさせる「謎ガジェット」だった、と思うとちょっと面白くありませんか？