量子力学の芸術

私パートナーのいないダンサーのように、回転軸がまるで酔っているかのようにぐらぐらと揺れながら、広がる渦の中で回転し続ける独楽を想像してください。独楽が催眠術のような渦を描きながらくるくると回り続けるのは、慣性と重力の鉛のような引力に対抗する角運動量と呼ばれる力です。角運動量は、惑星の運動や銀河の渦巻きから潮汐や光波、瞬く間に現れたり消えたりする極小の量子粒子まで、宇宙のあらゆるスケールで回転する物体に不可欠な特性です。

それはまた、 角運動量ブルックリンを拠点とするアーティスト、クリス・クラッパーとパトリック・ギャラガーによるアートショーが、現在イリノイ州バタビアのフェルミ国立加速器研究所のアートギャラリーで展示されています。このショーでは、量子の世界における極小エネルギーと回転粒子の謎を探ります。

アーティストたちは、2020年初頭にフェルミ国立加速器研究所で行われたアーティスト・レジデンスからインスピレーションを得ており、そこで彼らはミューオンg-2実験に取り組む科学者たちとコラボレーションした。その実験で物理学者たちは、ほんの一瞬しか存在しないミューオンと呼ばれる捉えどころのない粒子のスピンを、フットボール競技場の長さを人間の髪の毛の太さの10分の1ずつ測るのと同等の驚異的な精度で測定しようとした。この発見は、物理学の標準モデルが宇宙を説明するのに十分かどうかに影響を与える。

長年の共同研究者であり夫婦でもあるクラッパー氏とギャラガー氏は、ミューオン実験を指揮していた科学者アダム・ライオンズ氏を含むフェルミ国立加速器研究所の物理学者たちと2週間一緒に研究した。「彼は私たちを驚かせました」とクラッパー氏は言う。「私たちは『何時間でもあなたと話していたい』と言っていました」。その後パンデミックが襲い、彼らはこうした白熱した会話をZoomに移行しなければならなかった。

アーティストたちは、科学者たちが概念を分かりやすくしてくれたと語るが、二人は過去10年間に制作した他のインスタレーション作品から素粒子物理学についてすでに多少の知識があり、最近は一緒に高等数学を学び始めたことも役立ったという。「私たちはこう思いました。 「本当に、オタクになろうよ！」とクラッパーは言う。

展示されている作品にはビデオやアルミニウムのデジタルプリントなどがあり、電磁周波数で相互作用する球体を視覚化するためにアーティストが設計したソフトウェアプログラムを使用して作成された。（全シリーズはクラッパーのウェブサイトでご覧いただけます。）

私たちはクラッパー氏とギャラガー氏に、その芸術、インスピレーション、そして素粒子の世界への旅について話を聞きました。

角運動量とは何ですか?

パトリック・ギャラガー: 量子の世界では、すべてのものに角運動量があります。物体は回転しますが、私たちが通常考えるような回転ではありません。原子のモデルでは、原子核と電子が惑星のようにその周りを回転しているというイメージがあります。しかし、このプロジェクトに参加してわかったのは、これらのスピンは周波数に近いものであり、回転と軌道はより 3 次元的であり、干渉パターンを作り出し、その干渉パターンがミューオンのような粒子になるということです。

クリス・クラッパー： そして、それらの粒子は回転すると異なる種類の電荷を持つため、それらの粒子を検出することができます。

振動の中で粒子が動き、変化し、互いに影響し合う様子は、とても詩的なダンスです。私たちはそれをアート作品にしたいと考えました。私たちは、こうした壮大なアイデアを人間のスケールで表現したいのです。私たちは自分たちを翻訳者だと思っています。素粒子物理学について何も知らない人に何か美しいものを見せれば、その人は「おお、これについてもっと知りたい」と思うかもしれません。私たちは、人々が自分なりの小さなウサギの穴をたどり、宇宙の言語を学ぶという素晴らしい旅に乗り出すよう刺激を与えたいのです。

ミューオンプロジェクトの何が魅力的でしたか?

ギャラガー： ミューオン プロジェクトについて学んでいくうちに、あることがとても際立っていました。地球や植物など、マクロ スケールのすべてを私たちは自然と考えます。しかし、小さくなると、「ああ、それは自然ではない。化学だ」、または「ああ、それは自然ではない。物理学だ。まったく別のものだ」ということになります。しかし、それは生きているのです。そのレベルでそれを把握する方法は他にはありません。力やエネルギー、相互作用が起きていて、完全に神秘的です。それが私たちのシリーズで示そうとしていることです。そのスケールの構造は驚くほど複雑です。私たちがどんどん小さくなると、宇宙の要素はどんどん単純化されていくと考えられます。

クラップ: 人々は私たちにこう尋ねます。「数学や科学からどうやってインスピレーションを得るのですか？」そして、それはすべて、宇宙の言語のすべてです。物理学者がやっていることは、私たちが何者であるか、どこから来て、どこへ向かうのか、生命に関するすべてを研究することだけです。そして、生命ほど刺激的なものはありません。

実際の作品制作のプロセスはどのようなものだったのでしょうか？

ギャラガー： 角運動量にたどり着いたとき、私たちはそれをどのように視覚化できるかを考えました。そこで、同心球のセットを取り、その表面に電磁周波数を与える数学プログラムを作成しました。そして、球間の相互作用が光速で非常に小さな空間で起こっているとしたらどうなるかを想像してみました。それを遅くし、これらの粒子にズームインして、実際に相互作用している様子を見せることができたらどうなるでしょうか。そして、私たちのプログラムではそれが可能でした。

クラップ: これにより、これらの粒子がどのように相互作用し、その相互作用がどのように見えるか、どのように振動するかをシミュレートできるようになりました。たとえば、1 つの球体の振動が他の球体の振動に影響を与えるなどです。つまり、これは私たちの芸術的言語を適用できる仮想空間でした。

ギャラガー： 球体がどのように相互作用するかを考える簡単な方法は、池に石を投げ込んだときに何が起こるかを考えることです。石をいくつか投げ込むと、結果として生じる波紋が出会って交差し、新しいパターンとハーモニクスを作成します。ただし、これは平面ではなく 3 次元スケールで発生しており、それがこの作品の本質です。ハーモニクスと波紋が相互作用すると、干渉パターンが作成されます。量子物理学に関する限り、すべての粒子はこれらの奇妙なエネルギーが相互作用してパターンを作成することによって作成されます。量子物理学の研究から、深い哲学的な疑問が生まれないということはあり得ません。

どのような哲学的な疑問が頭に浮かびますか?

ギャラガー： まあ、低次元の素粒子が必ずしも 存在する量子力学とは少し異なる量子場理論があり、量子場理論では、これらすべての粒子は相互作用するときにのみ存在するとされています。

では、これらの粒子の多くが消えてしまうとしたら、現実とは一体何なのでしょうか? それらは戻ってくるでしょうが、同じものではありません。ですから、哲学的に言えば、私たちがこれを見ているときの現実とは何かということになると思います。

クラップ: 私たちは皆、エネルギーでできています。多くの人が「私はこれ、あなたはあれ」と思っていると思いますが、実は私たちは皆、エネルギーなので、ひとつのものです。つまり、私たちは椅子やテーブル、コンピューターとほぼ同じものでできています。同じものですが、違う方法で組み合わされているだけです。これは別の種類の質問です。「では、現実とは何でしょうか？どこで止まるのでしょうか？」というようなものです。

ギャラガー： それはエキサイティングな部分です。また、非常に多くの疑問があるため、刺激的な部分でもあります。人間規模では非常に相互に関連しています。そして、量子規模でさらに相互に関連していることがわかれば、世界と現実における私たちの立場について本当に考えさせられます。

角運動量 フェルミ国立加速器研究所で2024年9月3日まで開催されます イリノイ州バタビアにて。

リード画像: このアートワークは、 L=共鳴は、 角運動量 クリス・クラッパーとパトリック・ギャラガーによって提供されました。

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