こんにちは!

量子力学コーチの高橋宏和です。

 

 

今回は、まるでSFのように目が離せなくて不思議な

超ひも理論についてお伝えします!

 

 

すべてを統一する超ひも理論

自然界には、

  • 電磁気学
  • 特殊相対性理論
  • 万有引力の法則

など、いろいろな法則があります。

 

かのアインシュタインは考えました。

「自然界すべては、1つの理論で解明できるのではないか」と。

そして、全ての理論を1つに統一すべく、大統一理論の探求が始まったのです。

 

 

アインシュタインは道半ばでこの世を去ったのですが、

世界中の研究者に引き継がれ、ある仮説に辿りきました。

 

それが、超ひも理論(別名:超弦理論)です。

 

  • この世界は何でできているのか
  • この世界の最小単位は何なのか
  • それは、「ひも」ではないのか
  • すべての物質は、全部ひもで出来ているかもしれない

というものが超ひも理論ですね。

今のところ超ひも理論は、大統一理論に最も近い有力候補だといわれています。

仮説の段階ではあるものの、多くの研究者が、計算上これが正しいのではないかと見ているんですね。

 

ですので、あなたももしかしたら、「ひも」でできているかもしれません。

 

 

 

世界は「ひも」でできている⁉︎

自然界では、物理学は大きく2つ「古典力学」「量子力学」があります。

 

  • 古典力・・・ロケットが飛ぶ、車が走る、ボールが放物線を描いて落ちるなど、目に見えるマクロの世界の物理学
  • 量子力学・・・素粒子の振る舞いを探求する目に見えないミクロの世界

大統一理論とは全てを統一する理論なので、この両方を統一する理論が必要になるということですね。

 

 

ところが、ここで大きな問題が発生するんです(^_^;)

なぜなら、マクロとミクロの世界では自然の振る舞いが全く違うため、統一が非常に難しいからです。

しかし、統一できれば、たった一つの理論で世の中を解明できるかもしれませんから、まさにノーベル賞級の発見になるほどすごいことなんですね!

 

 

 

超ひも理論の問題点とは?

古典力学といえば、アインシュタインの有名な相対性理論があります。

時間と空間は相対的に変化するという理論ですね。

 

 

ただし、相対性理論が成り立つのはマクロの世界の話。ミクロの世界に当てはめようとすると大変なことになってしまいます。

例えば、ブラッックホールを見てみましょう。

 

 

ブラックホールは、

天体が寿命を迎えるとすべての質量が一点に収縮し、重力が一点にかかるため、あらゆるものを吸い込んでしまう

というものです。

 

 

このブラックホールが点だとして、万有引力の公式(1/r2に当てはめると…

rは距離なので点であれば(r=1/0)になり、無限大に発散してしまう…なんてことになります。

相対性理論だとおかしくなってしまうんです。

 

 

では一体、どうすればいいのでしょうか?

そこで考えられたのが、超ひも理論です。

すべての最小単位が点だと考えると無限大に発散してしまう。

しかし、点ではなく“ひも”であれば、計算上に問題がなくなる

ということですね。

 

 

 

 

10次元まで隠れて存在している⁉︎

ところが、超ひも理論が正しいとすると、「この宇宙は10次元あるかもしれない」となってきます。

10次元?ってなんのことやら…となりそうですね(笑)

 

順番に見ていくと、

  • 0次元・・・点
  • 1次元・・・線
  • 2次元・・・平面
  • 3次元・・・立方体
  • 4次元・・・時間

これまでは、素粒子は「点」の0次元だと考えらえていたものが、実は「線」の1次元なのでは?というものです。

 

 

私たちの生きているのは3次元の世界ですよね。

点がいっぱい集まると一本の線になり、線が集まると平面になり、平面が集まると立方体になります。

この「点」「線」「高さ」に4つ目の要素として時間が加わることで、私たちは「いつどこで何をしていたか」などを認識できるとなります。

 

 

 

じゃあ、5次元なら5つの要素が、10次元なら10の要素が必要となるのですが…

それが全く分かっていない…というのが現状なんです。

 

 

 

超ひも理論は計算上正しいが、そうなると10次元まであることを証明しなければならない。

でも、全く分かっていない。

なので、量子力学では5次元以上の世界は「畳み込まれている」という表現をします。

 

 

 

例えば、1次元のマカロニの棒があり、アリンコが歩いているとします。

マカロニは遠くから見ると1本の線にしか見えませんよね。

ところが、近づいて見るとアリンコはマカロニの周りをぐるっと回ったりしていることも見えてきます。

 

 

 

遠くから見ると1次元に見えていたのと同じように、

「私たちの感覚では3次元に見えているが、実は3次元の中に別次元が畳み込まれているのではないか?」という考え方です。

ただ、目には見えないので、10次元まであるという証明が難しいんですね。

 

 

 

ところで、自然界には様々な素粒子が存在しています。

  • ヒッグス粒子
  • 電子
  • ニュートリノ
  • クォーク

などなど、17種類あるとされています。

「素粒子はこの世の最小単位なのに、どうして17種類もあるの?」と不思議ですよね。

 

 

素粒子がもし「ひも」だとして、バイオリンの弦に例えて見ると分かりやすくなります。

弦は振動によって違う音を出します。

振動の違いは音の違い、同じように振動の違いが素粒子の違いとも言えるのです。

弦の違いでいろいろな音が奏でられるように、

この宇宙自体が、素粒子が奏でるシンフォニーの世界ということでしょうか(^_^)

そう考えると、どんなに難しい理論も抜きにして、宇宙は不思議で、美しいと思わずにはいられませんね。

 

 

【今日の質問】

5次元以上の要素、あなたは何があると思いますか?

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