2014年06月19日

超ひも理論、M理論

超ひも理論、M理論

今回でミクロの世界最終です。

つい最近までは、究極の最小物質は素粒子であると考えられていました。

ところが素粒子の数はいまや64個に達しあまりに多すぎるのではないか、ミクロの究極理論はもっと単純なのではないかという疑問。

さらには重力を含める四つの力(電磁力、弱い力、強い力、重力)を統合するために、ひいては相対性理論と量子力学を融合させるために、1980年代初頭から超ひも理論が台頭し始めました。

これによると物質の最小は点ではなくて、大きさを持ったひもであるというのです。

ひもの大きさはプランク長(10^(-35)m、10の-35乗m)程度とされています。

ひもには閉じたひもと開いたひもがあるそうです。


ひもその1.png

万物の最小単位は振動するひもであり、その振動数、振幅によって様々な素粒子となるとしています。

開いたひも
バイオリンは共振と呼ばれる様々な振動パターンを持っていて色々な音色を奏でます。これと同じようにひもの色々な振動パターンは、それぞれ色々な素粒子に対応するとしています。激しく振動して振幅が大きく波長が短い振動パターンほど、エネルギーが高く質量が重い素粒子であるといえるでしょう。

図開いたひも
バイオリン開いたひも.2.png

閉じたひも
閉じたひもも下図に示すように様々な固有振動パターンをとることができ、激しい振動すなわち振幅が大きく波長が短いほど、エネルギーが高く質量が重い素粒子であるといえるでしょう。

図閉じたひも
閉じたひも1.jpg

この超ひも理論を採用すると、重力をミクロの世界に取り込むことが出来て、重力の量子力学への展開が可能になります。

ただしこのひも理論が成立するためには、10次元が必要であり、我々の認知する3次元+時間=4次元よりも6次元多いことが必要条件らしい。ひも理論学者によると我々の住む世界では、残りの6次元はコンパクト化されて見えなくなっているとしています。

超ひも理論の研究者達は、研究過程で独立した五つの超ひも理論があるということを見いだしました。
(TypeT、TypeUA、TypeUB、ヘテロO、ヘテロE)

万物の理論(ばんぶつのりろん、TOE;Theory of Everything)はただ一つのはずであり、この「理論が五つある」という結果に当時の研究者達は頭を抱えてしまいました。

1980年代後半から研究者達を悩ませていた五つの理論問題に対して、1995年にウィッテンがM理論を提唱しました。
M理論の特徴は以下の3つです。
1.五つの超ひも理論は一つのM理論に統合できる。
2.M理論は11次元を必要とする。
3.M理論はn次元の膜(ブレーン)を有する。

私たちが住んでいる世界は、3次元の膜(ブレーン)と時間と我々には見えないコンパクト化した7次元であるとしています。

ブレーンとひもの関係.png

重力は閉じたひもであり、我々の空間には束縛されず余剰次元(異次元)とも相互作用します。その他の3つの力や物質の素粒子は、3次元膜(ブレーン)に束縛されており、余剰次元(異次元)とは縁が切れています。


この超ひも理論は理論的にはかなりの進展をしてきましたが、科学(物理学その他)の分野では、それを実証する必要があります。プランク長(10の-35乗m)という極微の世界を極めるには相当時間がかかると思われます。



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posted by SR400 at 16:20| Comment(0) | ミクロの世界 | 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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