熱の移動を人類は完全に理解できるのか。（写真はイメージ）

（小谷太郎：大学教員・サイエンスライター）

　2021年8月24日（日本時間）、学習院大学の白石直人助教と国立情報学研究所の松本啓史准教授らの研究グループは、「熱平衡化の問題は、一般的な形では解決不可能な問題であることを証明」したと発表しました＊1。

　・・・と聞いても、全く意味が分からない、というのが普通の人類の反応ではないでしょうか。

「熱平衡化」とは何でしょう。「解決不可能な問題であることを証明」とは、結局何かを解決したのでしょうか、それともしてないのでしょうか。解決できないのがどうしてそんなに誇れる成果なのでしょう。

　この発表は、理論物理学の先端にして斬新な成果です。熱平衡化しない系という、研究者が頭を悩ます不可思議な問題に、チューリングマシンなる計算機械を持ち込んで、基礎から工事し直しちゃったというような結果なのです。

　この、かなり高度で難解な理論物理学の成果を、私の咀嚼力のおよぶかぎり噛み砕いて解説しましょう。歯が立たないところがあったら御免なさい。

熱平衡化とは何だっけ

　熱いお湯の中に冷たい氷を放り込むと、熱が伝わって氷は溶け、しばらく経つと全体が等温のぬるま湯になります。熱いお茶もアイスコーヒーも美味しいけれど、ぬるま湯はあまり人気がないのはなぜなんでしょうね。

　このぬるま湯のように、全体が等温で、もう熱の移動が止まった最終的な状態を「熱平衡」状態といいます。系が熱平衡状態に変化することが「熱平衡化」です。こういう話題における「系」は「物体の集まり」とでも思ってください。

　熱平衡化は重要な研究テーマです。お湯と氷でぬるま湯ができるのは当たり前ですが、なぜそうなるかを説明しようとすると、とたんに難しくなります。なぜ熱平衡化が起きるのかを真剣に考える学問分野が、「熱力学」や「統計力学」です。

　人類は熱力学を200年、統計力学を100年ほど研究して、コップの中の氷や蒸気機関や部屋に散らばるレゴブロックといった無数の系の熱平衡について調べてきました。

　そして熱平衡化については相当詳しくなったかというと、今になって、またひとつ人類の知らなかったことが見つかった、というのが今回の結果です。

　それによると実は、系に熱平衡化が起きるかどうか、予想するためのうまい方法はない、というのです。人類の膨大な無知のリストに新たな一行が追加です。