スーパーストリングスとは何ですか？
スーパーストリングス、またはスーパーストリング理論は、 「Theory of Everything」と呼ばれることもある刺激的な物理学の分野です。 多くの人が、アインシュタインが求めた、宇宙のすべての既知の力を説明できるとらえどころのない統一説明であると考えています。
スーパーストリングスが登場するまで、科学者たちは、自然の法則の振る舞いについて、アインシュタインの一般相対性理論と量子力学の2つの対立する理論を持っていました。
一般相対性理論は、私たちが知っている世界をかなり大規模に説明しています。 それは、時空を、軌道システム、銀河、重力の質量の説明によって歪んだファブリックとして説明します。 しかし、これらの法則は、特定の時間における空間内の正確な位置の観点から亜原子粒子を測定できない量子レベルで崩壊します。 また、前方に移動するのと同じくらい時間内に後方に移動する可能性が高く、同時に2つの場所にあるように見えることさえあります。 極小の世界はとても奇妙で、科学者はそれを説明するために「量子の奇妙さ」という用語を作り出しました。
物理学者にとっての問題は、私たちが知っている世界と量子世界を結びつける理論を思いつくことでした。 4つの既知の力すべてを説明する1つの説明：重力、強い核力と弱い核力、および電磁気。 スーパーストリングがその答えかもしれません。
数学的方程式により、粒子をエネルギーの「ポイント」または「小さなボール」と以前考えていた方法が不正確であることが明らかになりました。 これらの小さな物質は、実際には、くねくねと振動する弦のように振る舞いました。 ひもは非常に小さいので、物理学者であり支持者であるブライアン・グリーンは、単一の原子が太陽系の大きさであれば、ひもは木の大きさだけになると説明しています。 しかし、文字列はすべての問題を量子レベルから構成します。
ストリングが振動する方法は、すべての粒子の特定の特性を決定し、宇宙をスーパーストリングの宇宙シンフォニーに例えます。 しかし、数学的異常の理論を取り除くには、6つの追加の次元が必要でした。 余分な6つの次元は、空間内のすべてのポイントで、小さく丸くなった6次元形状を形成します。 これらの6次元形状の中には、スーパーストリング理論のストリングがあります。 6つの追加ディメンションと3つのディメンションにより、実際には9つのディメンションがありました。 timeにもう1つ追加すると、合計は10次元になりました。 これは驚くべきことでしたが、終わりではありませんでした。
1995年に、 M理論がそれらを結合するまで、スーパーストリングの異なる理論は難問を提示しました。 唯一のキャッチ？ M理論は数学的に11次元を必要としました。 これはストリングの新しい姿を示し、それにより十分なエネルギーが与えられると、ストリングは伸びて、 ブレーンと呼ばれる非常に大きな浮遊膜になります。 ブレーンは異なる次元の特性を持ち、宇宙と同じくらい大きくなることがあります。 実際、理論によると、私たちの宇宙全体は浮遊ブレーン上に存在します-それぞれが独自の平行宇宙をサポートするいくつかの浮遊ブレーンの1つにすぎません。 各ブレーンは、高次元の空間またはバルクの 1つのスライスを表します。
1970年代の標準モデルはすでに統一された理論で4つの力のうち3つを統合していましたが、重力を3つの量子力と調和させることはできませんでした。 しかし、スーパーストリングスの突破口は、物理学の聖杯をささやく重力のとらえどころのない力を包含しました。 重力の伝達に関与する質量のない仮想粒子-グラビトン-が閉じた弦として量子レベルで存在する場合、これはスーパーストリングの理論への直接の重力リンクを提示します。
理論では、文字列は開いていても閉じていてもかまいません。 開いたひも、または小さなくねくねした髪に似たひもは、トロリー車が電線にトップケーブルで接続されているように、少なくとも1つの端点が膜に「接続」されています。 文字列はブレーンを通り抜けることができますが、離れることはできません。そのため、物理的に外に出たり、外に出たりすることができない理由を説明できます。 私たちの体を構成する原子は、3D膜にエンドポイントを接続した開いたストリングで構成されています。 それを見る別の方法は、映画のスクリーンを考慮することです。 画面上の人々は立体的に見えますが、実際に画面から3Dの世界に到達することはできません。 私たちが3Dの世界で立ち往生しているように、それらは2Dの世界で立ち往生しており、隣接する次元に到達することはできません。 科学者はこれを自由度と呼んでいます。
しかし、重力子は異なります。 エンドポイントが接続されていない閉じた文字列またはループとして、3Dブレーンをエスケープして他の次元に浸透できる可能性があることが理論化されました。 これは、重力が他の力よりも何倍も弱い理由を説明します。
しかし、 逆が真だった場合はどうなりますか？ 平行ブレーンの重力が他の力と同じくらい強いが、私たちの次元に漏れているだけなので、ここでより弱い場合はどうでしょうか？ 数学的には、スーパーストリングの理論は再び美しく働き、最終的に重力を他の3つの力と結びつけながら、重力の弱さについてもっともらしい説明を出しました。
ハードルは1つだけ残っています。統一理論はビッグバンを説明できるはずです。 電車で一緒に旅行している4人の物理学者がこの問題に何気なく取り組んでいます。 そのうちの1人は、2つのブレーンが衝突するとどうなりますか？ もっともらしい数学的答えはビッグバンであることが判明しました。
スーパーストリング理論の批判者は、証拠の欠如とそれを提供することの難しさを指摘しています。 それはただ美しい数学的な構造ですか？ 哲学？ それとも私たちの世界の本当の説明？ 4つの力すべてを数学的に統一することに他の理論は近づいておらず、それ以上にビッグバンの説明を提供しているわけではありません。 しかし、他の次元が存在することを証明すること-浮遊ブレーンと平行宇宙-は、大きなこだわりのポイントでした。
それにもかかわらず、エレガントな理論の信者はその証明を熱望しており、科学者は天文学的に大きなストリングの観測可能な証拠があるかもしれないことを発見しました。 このように、スーパーストリングの理論は着実に進歩しています。 最終的に、成功した場合、11次元から平行な宇宙、渦巻く銀河から量子スープまで、超ひもはまさにThe Theory of Everythingかもしれません。