ご冗談でしょう、ファインマンさん
リチャード・P.ファインマン（岩波現代文庫）
ノーベル物理学賞を受賞したリチャード・ファインマンの自伝です。奇抜なエピソードの数々は賛否両論あるかもしれません。しかし、自由に、自分の頭で考えて行動することの大切さを教えてくれます。物理は面白い、研究は面白いということを教えてくれる本でもあります。
ただし、ノーベル賞学者であるリチャード・ファインマンや朝永振一郎のような天才でなくても物理学には十分貢献できるし、面白い研究はできます。
仮に「自分は天才ではないけど物理の研究なんかできるだろうか」と思って物理進学を迷っている方がいるなら、世の中の物理学者のほとんどは普通の人なので安心して欲しいとお伝えしたいです。
自分も、物理が好きだったのでとりあえず研究の道に進んでみていけるところまでいってみて、ダメになったらやめれば良いと思っていました。でも意外と今まで続けることができてしまっています。
数学的なひねり構造で電気が流れる「トポロジカル絶縁体」の解明
絶縁体だが表面を通じて電気が流れる
私は物理学、特にトポロジカル絶縁体と呼ばれる物質と、その類似現象を研究しています。
トポロジカル絶縁体というのは、内部は電気を通さないけれど表面を通じて電気が流れる物質で、物質の状態の「数学的な形状」を表わす「トポロジー」に特徴があります。
例えばリボンを使って輪を作るときに一回ひねってから両端をつなげるとメビウスの輪ができます。これはひねらずに単純な輪を作ったときとは「トポロジーが異なる」と言われます。
トポロジカル絶縁体も数学的に表すと、このようなひねりがあります。物質の状態にひねりがあるとき、物質の表面に現れる「トポロジカル端状態」を通じて電流が流れることができます。
細胞集団や海流・気流にも現れる
もともとトポロジカル絶縁体は、磁場をかけた半導体中の電子の研究から見つかりました。
しかし、2008年ころに光（電磁波）を通す物体に磁場をかけると、電磁波のトポロジーに似たようなひねりが現われ、電磁波が端に沿って流れる現象が見つかりました。電子と電磁波では一見全く違いますが、背後の数学的構造（トポロジー）が似ているため、似た現象が起こるのです。
さらに、ニュートン力学で理解できるような振り子をバネでつなげた構造でも同様のトポロジカル端状態が現れることが分かりました。
また、細胞集団の動きや地球の赤道沿いに流れる海流・気流にもトポロジカル端状態が見つかりました。地球の場合には、自転の効果が磁場の効果と数学的に似ていることからトポロジカル絶縁体と似た現象が見えています。
新しいデバイス開発にも理論から挑戦
私は、トポロジカル絶縁体の類似現象や新しいトポロジーを持つ物質が様々な状況でどのように実現できるのか、そしてトポロジカル端状態を用いた面白いデバイスを作るにはどうすれば良いのか、などについて研究しています。
私自身は実験を行わない理論物理の研究者ですが、多くの実験物理学者と一緒に共同研究をして、現象に対して理論・実験の両面からアプローチしています。
私がこの研究テーマと出会ったのは博士号を取得後にポスドク（数年の任期の研究員）としてイタリアのトレント大学で研究をしていたときです。ある日、昼食のために食堂で並んでいると隣のオフィスの研究員が「トポロジカル絶縁体を振り子で作れると思うんだけど」と声をかけてきました。
当時はまだそんなことは全く知られておらず、内心「この人は一体何を言ってるんだ・・・？」と思いましたが、そのアイデアに妙に気になるものがあって、その研究員と一緒にトポロジカル絶縁体の研究をすることになりました。
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「15.エレクトロニクス・ナノ」の「60.物性物理・量子物理、半導体、電子関連材料」
私の所属する材料科学高等研究所は大学内で学科・学部に属していない独立した研究所で、残念ながら学生として直接所属することはできません。ただ、興味があれば他の学科に所属しながら一緒に研究することはできます！
この研究所は数学と材料科学のコラボレーションを目指しており、純粋数学者から応用寄りの工学者まで幅広い研究者が所属するユニークな場所です。外国からの研究者も多く、研究所の研究者の４割程度が外国人です。
高校生の段階なら無理に研究を行おうとせず、自分の興味に従って幅広く勉強をすることが大事かなと思います。強いて言うならば、現代物理は高校までの物理とはかなり違った学問なのでその心の準備はしておいても良いかもしれません。
大学に入ると相対性理論や量子力学など、高校までの物理とは全く違って、かつ、圧倒的に面白い理論・考え方を学びます。
これらのトピックについてはさまざまな啓蒙書・入門書が出ているので、図書館や本屋で適当に眺めてみて、気の合いそうなものを読んでみてはどうでしょうか。
鏡の中の物理学
朝永振一郎（講談社学術文庫）
ノーベル物理学賞を受賞した朝永振一郎によるエッセイを３つ集めた短い本です。特にその中の「光子の裁判」というエッセイは、量子力学の不思議な点を簡単な言葉でうまく表しています。他の２つのエッセイも相対性理論や量子力学の不思議な点を平易な言葉で説明しています。
ブルーピリオド
山口つばさ（アフタヌーンKC）
美術漫画です。主人公が高校時代に美術に目覚め、美大受験を経て大学生になり・・あまり詳しくはネタバレになるので書けません。
何かに夢中になること、壁に突き当たること、どう乗り越えていくのか、など研究者の人生とかなり重なる部分があります。
好きなものを追求していくことは時に困難を伴いますが、達成感・充実感も他には変え難いものがあります。みなさんも追求する価値があると思えるものに出会えたら、ぜひその方向に邁進してみてください。
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Q1.日本以外の国で暮らすとしたらどこ？ アメリカ・・・かな。私はアメリカで博士号を取得しましたが、アメリカには多様な人を受け入れる包容力があります。日本に息苦しさを感じている方にはぜひアメリカなど外国に出てみることをお勧めします。 |
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Q2.一番聴いている音楽アーティストは？ 「一番」を選ぶのは難しいです。X JAPAN、The White Stripes、Pink Floyd、Yes、Dream Theater、凛として時雨などを聞いてきました。 |
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Q3.研究以外で、今一番楽しいこと、興味を持ってしていることは？ 子どもと一緒に、子どもの世界を探索すること |
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Q4.好きな言葉は？ 学びて思わざれば則ちくらし。 思ひて学ばざれば則ちあやうし。 |
