2010年12月07日

弦理論から超弦理論へ−統一理論への道(その4)

現代の物理学の理論に至るまでには2つの大きな柱があった。

一つは、星や銀河など宇宙的なスケールで説明する一般相対性理論。もう一つは、分子、原子よりもさらに小さい物質の最小スケールを理論化する量子力学である。この2つの理論は、それぞれのスケールにおいて、物事を矛盾なく説明して見せた。

その結果、それぞれの理論はその世界では正しく、誕生から数10年間は”問題なく両立”していた。ところが、ブラックホールの発見や、ビッグバンの研究が進むにつれ、どうしても避けては通れない問題が浮上してきたのである。

ひも理論.jpgブラックホールの中心では宇宙規模の莫大な質量が、砂粒以下の小さい規模に凝縮されているらしい。ビッグバンは、砂粒が巨大に見えるほどの小さな固まりから宇宙の膨張が始まり、現在のような姿になったとされる理論である。どちらの場合も、一般相対性理論と量子力学を同時に使いこなす必要がある。しかしながら、双方の方程式を同時に当てはめ考えようとすると、答に矛盾(Anomalies)が生じてくる。それぞれの規模の世界では正しい方程式が、同時に適用すると問題が生じてうまくいかないのだ。

量子力学では、量子は、粒子と波の性質を併せ持つとよく言われる。それ自体、矛盾しているように聞こえる。粒子であり、波である、とはどういうことか。

単純に考えると、物質の最小単位は限りなく小さい0次元の粒子あるいは点であってほしい。しかし波の性質も併せ持つ?それは困る。いったい物質の最小単位は、粒子なのか、波なのか。

その答として有望視されたのが、弦理論(ひも理論)だった。

まず、物質の最小単位は、0次元の点ではなく、一次元の紐(細長いひも)であったら、と考える。そのひもは同時に振動している。おまけに、そのひもは輪ゴムのように輪になって閉じている。その輪に厚みがあるのか、ないのか、あるいはドーナツ型なのか。いろいろ考えなければならない要素はあるものの、いずれにせよ、それが、弦のように振動している。だから弦理論と呼ばれる。しかし、この仮説は、”予想外”にいろいろなことを矛盾なく説明できた。

さて、ここまでは、なんとか無理やりイメージできただろうか。しかし、これから先が難解である。呼び方からして、最近は、単純に弦理論ではなく、「超」が付いて、超弦理論と、超が付いてしまう。「超」の意味こそが難解である。かいつまんで言うと、量子的なレベルでのスピン(回転)の性質と、対称性(+と−が対になって存在とか)の問題などを説明するために、「超」が必要なのである。(この項、続く)


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posted by 火星ちゃん at 14:18| Comment(0) | TrackBack(0) | 理論 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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