弦理論！ － 宇宙はどのように表現されるのか
弦理論！ － 宇宙はどのように表現されるのか
弦理論[ひも理論、ストリング理論]
一般相対性理論(General theory of relativity)の全般は、人間にとって最も重要で有用な理論の1つですが、しかしパラドックスは、その偉大な理論が、とても小さな粒子(電子、陽子、他)の間の重力の理由を私達に伝えることができないことです。
そして、この理由のために、科学者達は、新しい理論を構築しようとしました。これは、量子粒子に有効で、彼らは新しい理論を「量子場理論(Quantum field theory)」と名付けました。
これは、総ての量子粒子(quantum particles)に対して静かに成功した理論でしたが、しかし、ここでも同じパラドックスが引き合わされました；この理論は、惑星、星、月などの大きな物体には有効ではありませんでした。
したがって、科学者達は、次の結論付けをしました。この宇宙を理解するには、大きい物体に役立つ一般相対論と、量子粒子に役立つ量子場理論として、異なる場所で2つの異なる理論を使用する必要があります。
さて、疑問が生じます。何故、この宇宙を理解するために、私達は2つの異なる理論が必要なのでしょうか。
これに答えるために、物理学者は、次の理論的枠組みについてのアイデアを開発します。それは、古典的な物理学のもとで研究した粒子のような点が、弦(strings)と呼ばれる1次元(unidimesional)の物体に置き換えたものです。そして、これは弦理論の誕生の物語でした。
この理論は特別で、何故ならば、多次元(multiple dimensions)、ビッグバン(big bang)以前の宇宙、および量子重力(quantum gravity)について話すからです。
粒子間の相互作用の研究の後、科学者達は、自然界には4つの基本的な力があると結論付けました；重力、電磁力、弱い核力と強い核力です。
重力はこれらの総ての中で最も弱く、強い核力はこれら総ての中で最も強いです。私達は、強い核力の力を理解しています。私達は、ヘリウム(helium)原子の例を取り上げます。これは、2つの正に帯電した陽子(proton)は、強い核力によって引き付けられます。
弦理論の完全な概念を理解するために、素粒子物理学の標準モデル(standard model)を調べてみましょう。素粒子物理学の標準モデルによれば、総ての力は12の基本的なビルディング・ブロック(building blocks)で運ばれ、それらのうち6つはクォーク(quarks)で、アップ(up)、ダウン(down)、トップ(top)、ボトム(bottom)、チャーム(charm)、ストレンジ(strange)と名付けられています。他の6つはレプトン(lepton)で、電子(electron)、ミューオン(muon)、トウ(tou)と名付けられ、他の3つはこれらのレプトンのニュートリノ(neutrino)です。
総ての計算の後で、科学者達は量子レベルで3つの力の理由を発見しましたが、しかし、彼らは量子レベルで重力の存在さえ見つけることができません。これは、量子重力の概念を説明できる理論が必要なことを意味しますし、そして弦理論は唯一のものです。弦理論は、どうやってこれらの弦[ストリング]が空間を伝播し、相互に作用するのかを描写しています。
弦理論によれば、陽子の中にはクォークがあり、クォークの中には常に振動するいくらかのエネルギーが存在しなければなりません。そして、弦[ストリング]の形状をとりますが、弦[ストリング]が常に閉じた構造になっている意味ではありません。それらは直線の形で存在するかもしれませんが、しかし重要なことは、それらが常に振動することです。
弦理論は次のように言います。弦[ストリング]の振動が、物体の物理的かつ化学的状態を決定します。 弦理論の視点では、この宇宙の全部が弦[ストリング]で構成され、そして、弦[ストリング]の振動が各々と総ての存在を決定します。
弦理論の良い点は、量子重力の存在を説明し、またビッグバンの理由も説明することです。弦理論では、弦[ストリング]の多くの振動状態の1つが、量子重力の原因となるグラビトン(graviton)[重力子]として知られる量子粒子(quantum particle)の存在を説明しています。そしてこれが、弦理論が量子重力理論(theory of quantum gravity)として知られている理由です。
(図 Fractal Pixabay)
弦理論にも一部のデメリットがあります。総ての計算後、弦理論は次の予測をします。私達の周りには最低10次元がなければなりません。ここに、それらの1つは時間で、そして、これらの次元が存在しなければ、弦理論は機能しませんでした。何故ならば、弦理論は、最小10次元の宇宙でのみ機能するからです。そして現実は今までの存在です。
弦理論は、概念上可能な総ての宇宙の集合(omniverse)を予測します。そこは、他と比較して異なるタイムライン(timelines)が存在する複数の宇宙が存在します。簡単に言えば、弦理論は、宇宙(universe)[ユニバース]の下ではなくて多元宇宙(multiverse)[マルチバースの下で機能します。
弦理論は、終始に仮説と数学的計算に基づいています。したがって、科学者達はこう予測します。私達の考えは、弦[ストリング]が相互作用するために効果があります。 予測によれば、私達が日常生活で考えていること、または私達が生活の中で考えられることは、多元宇宙のある世界で起こっているに違いありません。何故ならば、弦[ストリング]の相互作用により、異なる宇宙の異なるタイムラインで可能になるからです。
この理論は、総ての中で最も受け入れられる理論ではありませんが、それでも、多くの科学者はこう考えています。この理論は、将来、私達の総ての質問に答えることができます。
----- 出典 -----
(掲載終了した元記事のウェブ保存版)
The String Theory! | Space Documentary
(関連記事)
www.space.comwww.livescience.comwww.abc.net.au
----- 参考ビデオ -----
Michio Kaku Explains String Theory
(4:02) 2011/12/08
----- 2019/05/05公開の記事を読んで -----
弦理論について、数式を使わずに概念的なことを伝えています。
私達のいる世界は「10次元++」の高次元で構成される宇宙ではないかと言っています。残念ながら私達は「3次元+時間」しか知覚できませんから、4次元以上は想像におまかせになります。
また、弦[ストリング]では、それが常に振動(バイブレーション)することが万物の源だとという考えです。 おやおや、似たようなことを言っている他のカテゴリーと気が合うようてす。
私達が知覚できるユニ・バースに対して、マルチ・バースがあると予測しています。マルチバースを別の言い方をすると、パラレル・ユニバースです。パラレル = 並行(平行)、つまり接点がない、互いに接点がない(干渉しない)宇宙が散在することです。
弦理論は、かいつまんでみただけでも、さまざまなことを予想します。
----- パズルのピース -----
zzak.hatenablog.jpzzak.hatenablog.jpzzak.hatenablog.jpzzak.hatenablog.jp
