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サルでもわかる「超ひも理論」の基本だけ

超ひも理論を全く知らない人のためのまとめです。超弦理論、スーパーストリングセオリー、超対称性、M理論、南部陽一郎。

更新日: 2015年07月18日

curatorさん

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まずは「ひも理論」から

ひも理論では、
万物の根源である素粒子は極小のひもで出来ていると考えます。
開いた1本の線のようなひもだったり、輪ゴムのように閉じたひもだったりして、そのひもが振動したり回転したりして粒子になっているというのです。

ひもに超対称性を付加させた理論が超ひも理論と呼ばれ、
現在主流の研究対象となっています。

超対称性については、後半で。

「超ひも理論」とは

超ひも理論とは物質の究極の要素は「粒子」ではなく
「ひも」であるというものです。

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いわれます。

ひもが振動するとき振動数の異なる波が生じますが
この1つ1つが素粒子に対応するというものです。

ピンっと張った糸を弾くと音がします。
張る長さを変えたり、弾く強さを変えると音が違いますね。

もし現在発見されている素粒子の各々を、
こうした「弦」の「音色」の違いだとすれば、
全ての素粒子はたった一つの「ひも」で説明できるのではないか!?というのが超ひも理論ってところですかね…

物質の最小の単位が振動するひも(弦)であるというのは、ギターの「ハーモニクス」に似ています。ひとつの弦が持っているさまざまな振動の仕方(「節」と「腹」のようす)が、それぞれ別の粒子を表しているというような考え方です。

超ひも理論の発端なる「ヒモ」モデルを初めて考案したのは
実は日本人なのです。
その人の名は南部陽一郎。米国国籍の理論物理学者です。

宇宙は5次元以上からなっているとするのが「超ひも理論」であり、「M理論」だ。「超ひも理論」、「M理論」とも異次元の理論の証拠となる新粒子を予言しているのだ。

では、完成した超ひも理論は、その正しさを証明できるのだろうか。「1個のパラメーターもない式から、標準モデルに必要な数十個のパラメーターの値を正 確に導き出せれば、理論の十分な証明になります。ただし、ひもの存在自体を実験で確かめるには、最新の加速器が生み出せる値の1015倍のエネルギーが必要です。加速器のエネルギーは10年で約10倍になっているので、楽観的に考えると150年後、22世紀の半ばには、ひもが見えるかもしれません」

ひも理論+超対称性=超ひも理論、「超対称性」とは?

超対称性理論では,既知のすべての素粒子に未発見のパートナーが存在すると考えられている。それらは超対称性粒子と総称される。

量子力学を拡張する際に持ち上がる様々な問題を超対称性理論によって解決できるため,多くの物理学者はこれを強く支持している。正体不明の宇宙の暗黒物質の謎も解ける可能性がある。

粒子にはボーズ粒子とフェルミ粒子というものがあるんですが,ここでそれぞれのボーズ粒子に全く同じ量子数を持つフェルミ粒子の相棒があるすると,互いの真空のエネルギーが打ち消しあっては完全にゼロになり問題を避けることが出来るんです。これが超対称性です。

超ひもを更に次元を上げて2次元の膜としたものがメンブレーン理論(M理論)ですが、これはまだ理論が浅く一部の学者の間の仮説にすぎません。

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