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2011年12月22日 (木)

宇宙は3次元の謎という最大のミステリーを解明!

本題に入る前に、まず超弦理論とは何かと言う事です。これは物理学の理論、仮説の1つで、 物質の基本的単位は大きさが無限に小さな0次元の点粒子ではなく、1次元の拡がりをもつ弦であると考える弦理論に、超対称性という考えを加え拡張した考えだそうです。超弦理論と言うと難しく聞こえますが、別名、「超ひも理論」と呼ばれています。こう書くと難解さが消える感じがしませんか?一言で書けば、物質の究極の要素は「粒子」ではなく「ひも」であるという考えです。

「超ひも」の大きさは10-35[m] といわれ、原子の大きさの10-10[m]と比べても、とてつもなく小さいものです。現在、素粒子は数百種類ありますが、これらは1本のひもで説明できると言われています。「ひも」が振動するとき振動数の異なる波が生じるのですが、この1つ1つが素粒子に対応するというものです。そしてこのような「ひも」が真空中に詰まっているというのです。

物理学では、力には4種類あると言われています。それは電磁気力、重力、強い力、弱い力の4つです。電磁気力と重力は日常生活で見かける力です。アインシュタインの活躍している時代では力はこの2つしかないと考えられてきました。しかし、クォークの発見され、放射線崩壊の発見などあったのですが、このほかにも「強い力」と「弱い力」もあることがわかったのです。「強い力」はクォーク間にのみ働く力で4つの力では最強です。「弱い力」は放射線崩壊の際に関係し、ニュートリノをつなぎ止めたりする力です。この力は「クォーク」「レプトン」「ニュートリノ」などほとんどすべての物質に対して働きます。この4つの力を統一して説明できる理論の有力候補をとして考えられたのが「超ひも理論」だったわけです。

ちなみに、電磁気力は電気力と磁気力の2つの力で、一見違った2つの力ように思えますが、実は同一のものであることが、19世紀に、すでに解明されていたのです。よく知られている静電気や磁石の力だけでなく、日常経験する重力以外のすべての力は電磁気力と呼ぶそうです。 特に、電子と原子核を結びつけ原子を作る力、原子同士を結びつけ分子を作る力は電磁気力だそうです。 電磁気力は、光子の交換によって伝わります。光子は質量を持たないので、遮られなければ電磁気力も遠くまで届くということです。

ここから本題です。今回、究極の物理理論と期待されている「超弦(超ひも)理論」で、3次元空間の宇宙が誕生する過程をスーパーコンコンピュータを使ってシュミレーションした結果、その原因が解明されたそうです。このように一言で書くとその凄さが伝わりませんが、同理論は空間が9次元と予測していたのですが、私達が住んでいる地球がなぜか3次元ということで、その理由が分かっていなかったのです。しかも40年間も分からなかったのに、今回、高エネルギー加速研究機構などの研究グループがその謎を解明したのです。

繰り返しになりますが、超弦理論は物質などの最小単位である素粒子を、点ではなく1次元的な広がりを持つ「ひも」と考える仮説です。自然界に存在する4つの力をまとめて説明できるため、現在の素粒子物理学の基礎になっている「標準理論」を越える究極の理論になると注目されている理論なのです。ただ、超弦理論では「空間9次元、時間1次元」と予測されていて、私達の宇宙が「空間3次元、時間1次元になっている理由がうまく説明できていなかったのです。

研究グループは従来より正確なシュミレーションの計算手法を確立し、宇宙誕生時の様子を解析したところ、空間9次元のうち3次元の方向だけ膨張し始めることが世界で初めて分かったのです。懸案だった謎が解けたことで、同理論の研究が今後加速するも通しだと伝えています。

余裕のある人はこちらも参考にしていただければより分かりやすいと思います。

エレガントな宇宙(超ひも理論)第1回アインシュタインの見果てぬ夢
http://www.youtube.com/watch?v=D7BevismUQ4

エレガントな宇宙(超ひも理論)第2回"ひも"の振動が万物をうむ
http://www.youtube.com/watch?v=Psfn6fB67Xo&feature=related

エレガントな宇宙(超ひも理論)第3回驚異の高次元空間
http://www.youtube.com/watch?v=m5vytkPuMSE&feature=related

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