物質の単位を突き詰めていくと
17個素粒子になるという。
それぞれの素粒子が弦によって結びついているのではないかという説。
超弦理論について
目次
1.はじめに
弦理論とは何か？
2-1. 超ひも理論の簡単な歴史
2-2. 弦理論が他の理論とどう違うか
2-3. 弦理論におけるキーコンセプト
弦理論における現在の課題と論争
3-1. 弦理論への批判
3-2. 景観の問題
3-3. ポパーの挑戦
超ひも理論の応用
4-2. ホログラフィック原理
4-3. マルチバース
5.結論
はじめに
弦理論という概念は、何十年もの間、科学者を魅了してきました。弦理論とは、重力を含むすべての自然界の基本的な力を、一つの首尾一貫した枠組みに統合することを目的としています。素粒子から銀河まで、宇宙に存在するすべてのものは、1次元の小さな「ひも」でできていて、それが異なる周波数で振動することで異なる粒子を生み出していると提唱しています。
超ひも理論とは？
2-1. 弦理論の簡単な歴史
弦理論は、1960年代後半から1970年代前半にかけて、重力を記述する一般相対性理論と素粒子の振る舞いを支配する量子力学の原理を調和させようとする物理学者たちによって生まれた。この理論は、その後、超弦理論やM理論など、多くの異なるバージョンを含むように進化してきました。
2-2. 弦理論が他の理論とどう違うか
弦理論が他の物理学の理論と大きく異なる点は、私たちがよく知っている4次元（空間3次元、時間1次元）以外の追加次元の存在を仮定している点です。超ひも理論では、空間が10次元、時間が1次元存在する。これらの追加次元は、「コンパクト化」または「カール化」されていると考えられており、直接観察するには小さすぎる。
2-3. 超ひも理論の主要概念
弦理論では、超対称性という概念が導入され、私たちが知っているすべての粒子に対して、異なる性質を持つ対応する「スーパーパートナー」粒子が存在すると仮定しています。これは、高次元に存在する仮想的な物体であり、観測された自然界の力の原因である可能性がある。
弦理論における現在の課題と論争
3-1. 弦理論への批判
弦理論に対する批判のひとつは、まだ実験的に検証されていないため、科学的な理論とは言えないということです。また、多くの異なる予測をするため、反証が困難であるという批判もある。
3-2. 風景問題
弦理論が直面するもう一つの課題は、いわゆる「景観問題」である。これは、弦理論の方程式に対して、それぞれ異なる性質を持つ多くの可能な解が存在することを意味する。このため、一部の物理学者は、弦理論が果たして予測可能な理論になり得るかどうか、疑問を呈している。
3-3. ポパー的挑戦
ある理論が科学的であるとみなされるためには、その理論が検証可能な予測を立て、それを反証できなければならないとするポパー的挑戦も、弦理論に対する批判の一つである。弦理論がこの基準を満たさないという批判もある。
超ひも理論の応用
弦理論の主な目標の1つは、量子力学と一般相対性理論を統一するための枠組みを提供することです。この2つの理論はそれぞれの領域で大きな成功を収めていますが、互いに相容れないものです。
4-2. ホログラフィック原理
ホログラフィック原理は、弦理論におけるもう一つの重要な概念です。これは、ある空間の体積に含まれるすべての情報は、それを取り囲む表面のデータによって表すことができるというものです。この原理は、ホログラムが2次元の表面に情報を保存し、3次元空間に投影できるのと似ている。
ホログラフィック原理は、宇宙を2次元表面からの一種の投影として見ることができることを示唆しているので、弦理論において重要である。この考え方は、重力のある理論と重力のない理論の関係を探る「ホログラフィック・デュアリティ」という新しい研究分野にもつながっています。
ホログラフィック原理の重要な意味のひとつは、ブラックホールの内部で起こることに関する情報が、ブラックホールを囲む境界線である事象の地平線に保存されていることを示唆していることです。この考え方は、情報が失われることはないとする古典物理学の基本的な前提を覆すものである。また、ホログラフィック原理は、空間と時間の性質についての理解にも影響を与え、それらが基本粒子の相互作用から生じる創発的な性質である可能性を示唆しています。
ホログラフィック原理はまだ研究途上の分野ではあるが、すでに宇宙の本質に関するいくつかの興味深い洞察をもたらしている。特に、私たちが観測している物理法則は、宇宙の根底にある、より深く、より基本的な理論の創発的特性である可能性が示唆されました。M理論」と呼ばれるこの理論はまだ発展途上ですが、宇宙がなぜ存在するのか、現実の究極の姿は何なのか、といった宇宙に関する最も根本的な疑問に答えることができる可能性があるのです。
4-3. マルチバース
弦理論のもう一つの魅力は、多元宇宙の可能性である。多元宇宙論は、複数の宇宙が存在し、それぞれが独自の物理法則や定数を持つ可能性を提唱しています。超弦理論では、余剰次元の形や大きさについて多くの可能性があるとされているため、多元宇宙という考え方は自然に生まれてくる。
多元宇宙論の1つのバージョンは、可能性のある宇宙の「風景」という考え方で、それぞれの宇宙は異なる物理定数のセットを持つというものです。この説では、私たちの宇宙は、それぞれが異なる物理法則や特性を持つ、多くの可能性のある宇宙のうちの1つに過ぎないということになります。この説の支持者は、私たちの宇宙が生命にとってファインチューンであるように見えるのは、異なる物理定数を持つ多くの宇宙のうちの1つであり、私たちはたまたま生命が存在することができる宇宙に住んでいるからだと指摘しています。
私たちの宇宙は高次元の空間に浮かぶ3次元のブレーン（膜の略）であり、他の宇宙も同じ空間に浮かぶブレーンであるというものである。このシナリオでは、宇宙は他のブレーンとの衝突や相互作用を起こし、宇宙マイクロ波背景放射に観測可能な痕跡を残す可能性があります。
なお、多元宇宙論はあくまでも推測の域を出ないものであり、現在のところ、それを裏付ける直接的な証拠はない。しかし、多宇宙の可能性は弦理論の興味深い帰結であり、理論物理学の分野で多くの研究と思索を刺激してきた。
５.結論
結論として、弦理論は、宇宙で知られているすべての力と粒子を、単一の首尾一貫した枠組みに統一するという、非常に野心的な試みである。まだ実験的に検証されてはいないが、弦理論は、ホログラフィック原理や多元宇宙の可能性など、物理学における多くの刺激的なアイデアや洞察につながった。弦理論の研究は、現在も活発な研究分野であり、多くの物理学者が私たちの宇宙のより深い仕組みを解明しようと努力しています。
仏教では物は関係性で成り立つに通じるものがある。
