ひもはどうやって見つかったの、重力子、ダークマターとはetc

質問

クオークも電子もひもの振動だ！！
とか言われてもわかりません。

それに重力子ってなんでしょうか。
重力も粒子でそれもひもの振動で発生とか書いてありました。

ダークマターは非バリオンで可能性としてアクシオンって、アクシオンってどんな物質なんでしょうか。

超対性粒子って反物質とイコールでいいのでしょうか。

これらを素人でもわかるように説明してくださる方いますか。

回答No.5

stomachman · ベストアンサー

ひもの話です。

弦理論はもともと核子の構造を解析するために出てきた物で、その数学的仕掛けを素粒子全般に拡大して適用できるようにした（従ってエネルギーレベルが全然違う）理論が超弦理論です。弦理論とは別物ですからご注意。

　なんでひもの概念が必要なのか。
　昔の考え方では、電子を点だと考えます。ところが電子の周りがどうなっているか計算しようとすると、困ったことが起こる。電子に近づけば幾らでもクーロン力が大きくなります。そしてこの強いクーロン力のせいで、周囲の真空から電子・陽電子対が発生してしまう。それがまた電子を発生させ...と無限に続いて、まともに計算すると、電子（とその周りに発生する粒子の系の合計）は無限に重くなってしまう。
　これが量子論の困った問題だったんです。それで、湯川秀樹先生は「素領域」ということを考えた。つまり、空間は物理的には幾らでも細かく分けられる訳ではなく、相互作用は点じゃなくてある大きさをもつ「素領域」で生じるんじゃないか。だから「いくらでも近づく」ということはないんじゃないか。残念ながらこの理論は成功しませんでした。
　結局、朝永振一郎先生とファインマンその他が、繰り込みという計算法を開発して、「無限大」を旨く処理できるようになった。答が出るからまあいいか、なんですけど、でもやっぱり、まじめに計算しようとすると無限大になることには違いがない。

　ところが、です。超弦理論では素粒子は点ではない。小さいワッカかシャボン玉みたいな、広がりをもった存在である。このため、「いくらでも近い場所」ということを心配しなくてよくなった。二つのシャボン玉がくっついたり、ちぎれたりして相互作用が起こるので、無限大が出てこなくなったわけです。

　この理論は、様々な素粒子を系統的に予言でき、実験して決めなくてはならないパラメータが少ない（あとは理論から割り出せる）という性質があり、なかなかすじがいいんじゃないか、と研究されている。
　弦が実在なのか、あるいは単に数学上のモデルに過ぎないのか、につてはまだ分かりません。
　そういう状況だと認識してます。

　マクロな実体として体験・観測できる宇宙（時空）は３次元＋時間の４次元です。（５次元だという人は、その５本目の軸の方向を指さして見せてよ。）しかし、弦が実在だと考える立場（これが主流）でいえば、弦が動き回る自由度としてあと６ないし８次元が必要である。そこで、「宇宙は１１次元だけど、そのうちの７つの次元は小さい球に縮退している。その球のサイズこそ弦の長さ」と考えられてます。
　多次元空間の考え方は別に珍しくもなんともない。３次元空間の１点ごとに電位が対応している（電場）という時に、これを４次元空間として表現することはごく普通に行われますし、空間の各点が磁場も持つ、重力場も持つ、ということなら次元はどんどん増える。ここで、もし「重力場が幾らであるかは、電場とは何の関係もない」というのなら、多次元空間を実体と見なすか、計算上の表現に過ぎないとみなすか、は単にものの言い方の違いに過ぎない。
　ところが、超限理論では、ある次元の量が他の次元に移ってくることができる。つまり回転です。（x-y座標で図形を回せば、x成分がy成分に、y成分がx成分に移る。そういうことを回転と言う訳です。）
　従って、余分に見える次元もやはり実在すると考える方がすっきりする。従って、もし弦が実在なら、時空の次元も４次元＋小さく丸まった次元（６～８、あるいはもっと？）と言うことになります。

お礼

ありがとうございました。
クーロン力、素領域、繰り込み…謎が謎を呼ぶ。
（次元の解釈はなんとか分かったような…）

回答No.4

atsuota

アクシオンについて。突っ込みだすと、もはや素人の手には負えませんが、概略だけならなんとかなるかしら…？

クォークの反応をまとめた「量子色力学」というものがありますが、実験の結果、どうもそれだけではダメということがわかっています。そこで、実験結果を説明する理論の一つとして「ペチャイクイン理論」というものが提唱されました。この理論は実験結果を説明できますが、同時に「アクシオン」という未発見の新粒子の存在を予言しました。この「アクシオン」の性質の一部を簡単に説明すると、
・ちょっとだけ質量がある。
・他の粒子とほとんど相互作用（反応）しない。
・強い磁場の中では光子に変身する。
というようなものが上げられます。

ダークマターの候補はある種の条件を満たせば（質量を持つ、など）何でもよいわけですが、アクシオンは未発見の粒子の中では有望視されています。というのは、アクシオンは「実験結果を説明できる」という存在意義がはっきりしているからです。「これから実験する」という粒子との差は大きいです。

[おまけ]
下で私が書いた「超対称粒子」のコメントについて。
> 階層性の問題というのは何次元という話と一緒なのでしょうか。
いいえ。自然界の典型的なエネルギー（ある素粒子の質量と思ってもらってよいです。）に大きな開きがあるのはおかしいということです。
イメージで言うと
「ある国では、お金の単位を３つ使っている。エイ、ヤー、トゥである。１ヤーは１００エイのことで、１トゥは１０００００００００００００００００００ヤーのことである。」
もしこんな通貨を使っている国があったら、変（不自然）だと思いませんか？基本的な数字（この例では１エイ、１ヤー、１トゥですね）のレベルに開きがありすぎるのです。
> 超対象粒子にも正反があるのでしょうか。
あります。「右巻き」「左巻き」と呼びます。詳しく説明すると大変なことになります。

お礼

ありがとうございました。
量子色力学、ペチャイクイン理論、謎が謎を呼ぶ。
おまけでさらに謎が深まる…

回答No.3

atsuota

とりあえず超対称粒子についてだけ。まず

「超対称粒子と反物質はイコールじゃありません」

という結論だけなら、素人の方でもわかりますよね。
以下の説明は長くなってしまうので、とりあえず結論だけでも覚えておかれたら良いかと思います。

あまり詳しく説明するのはスペース的に無理なので、概要だけ。細かい部分で多少ごまかしている部分があることをあらかじめご了承下さい。
「反物質」：すでに未知の存在ではなく、その存在は確認され、また実験にも使われています。世界中にある加速器実験施設のいくつかでは、例えば「電子」と「反電子（電子の反物質）」をもの凄いスピードで衝突させ、対消滅を起こし、そこで得られたエネルギーから、未知の粒子を創り出す実験などが行われています。
「超対称粒子」：未知（未発見）の粒子。現在の素粒子理論では、私達の身の回りのエネルギーレベル（電子やクォークのエネルギーレベル）と、重力の典型的なエネルギーレベルにかなりの開きがあることがわかっています。その「階層性の問題（自然界の典型的なエネルギーレベルに大きな階層があること。これは不自然だと考えられています）」に対する解決策の１つとして、「超対称理論(SUSY)」が提唱されました。この理論によれば、すでに発見されている素粒子に、それぞれパートナーとなる「超対称粒子」の存在が予言されます。例えば「電子」と「反電子」に対するパートナーは「超対称電子」、「クォーク」と「反クォーク」に対するパートナーは「超対称クォーク」といった具合です。先に述べた「電子と反電子の衝突実験」などによってその存在を確認するための実験が行われていますが、現在では未発見です。

お礼

階層性の問題というのは何次元という話と一緒なのでしょうか。
超対象粒子にも正反があるのでしょうか。
難しいです。
ありがとうございました。

※あとアクシオンが残っております。誰か！

回答No.2

tullio

弦理論は完全に確立されたわけではありません．M理論やD理論によって，弦の概念自体が拡張されています．
グラビトンは，粒子のやり取りによって相互作用が起こるという場の解釈をした場合の，重力の相互作用を説明するための粒子です．

最近，カク・ミチオの「超弦理論」という本が，「超弦理論とM理論」とタイトルが変わって再発売されたようです．素人でも読み易い本なので，参考になさってはいかがでしょうか．
なお，カク教授の「超空間」や「アインシュタインを超える」も面白い本なので，合わせてお勧めしておきます．

お礼

カク・ミチオ教授の本は読ませていただきたいと思います。
どうもありがとうございました。

回答No.1

cricket

最近の理論は知りませんが僕の知識の範囲内で・・

３次元空間で立体を切ると、断面は平面ですよね。
３次元の断面は２次元なのです。
又我々には物質は立体に見えますが、
時間軸に沿っても存在しています。
時間がたっても存在し続けてますからね。
つまり４次元的超立体であるとも言えますね。

そこで物質の電子の１つに注目して下さい。
３次元的には殆ど「点」ですが、
実は４次元的には時間の流れに沿って存在する糸状にイメージできませんか？
で、実は電子ですらも厳密には「点」ではない。
で、さらに細い糸を想定し、その糸が振動しているとする。
弦振動は、弦に直角に切り取ってみるとその残像が円になるのですが、
超空間での現象では超弦の振動の切り口の残像は球になるわけです。
振動は時間が関与する運動ですので、この切り口を実現するためには５次元空間が宇宙の実態である必要があります。
宇宙は５次元空間だったのだ。
どうだ。驚いたか。

こう仮定していくと、全ての物質の構成要素を共通の物に仮定することも可能になります。
脳味噌がオーバーヒートしてきたので、
今日はこの辺で勘弁して下さい。
僕は元々文系なのです。

お礼

物質そのものではなくて空間の解釈によって物質が糸になるというわけですか。
今度は５次元の宇宙を説明している本を読まなくては…
ありがとうございました。