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ひも理論をサルでもわかる様に教えて下さい。

jdoe1151さん

2010/11/901:14:10

ひも理論をサルでもわかる様に教えて下さい。

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ベストアンサーに選ばれた回答

sunset0488さん

編集あり2010/11/911:16:25

物質は何で出来ているのか、という問いを極限まで追求してみます。

原子でできている、というのが中学生。
原子は、原子核とその周りを回る電子でできている、と習うのが高校生。

さらに細かく見ると、原子核は陽子と中性子でできており、陽子と中性子はどちらもクオークでできている。
電子やクオークは、もうこれ以上細かく分割することはできない粒子です。これを素粒子と呼びます。

従来の物理学(量子論)では、素粒子は点であると考えられていました。
しかし、0次元の点ではなく1次元のひもであると考えると、計算が色々うまく行くことがわかりました。
ここから生まれたのがひも理論です。

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。

[追記]
ひも理論は、力の統一理論を追求する過程で生まれました。
自然界には4つの力があり、別々のしくみで作用しています。
もし4つの力を1つの理論で説明できれば(4つの力を同じ数式で書ける理論が見つかれば)、その理論は宇宙の根本原理となるのです。
晩年のアインシュタインはこの理論の構築に取り組みましたが果たせませんでした。

いま、4つのうち2つは既に統一理論が完成しています。(電弱統一理論)
そして3つの統一もだいたいメドが立ってきました。(大統一理論)
しかし最後の1つである重力だけは、「くりこみ」ができないためにどうしても統一できません。

「くりこみ」とは、朝永振一郎がノーベル賞を受賞したくりこみ理論です。
素粒子の計算の途中で必然的に無限大が出てきてしまうのですが、そのままでは計算が続けられないので、数学的な操作で有限の値にくりこむという手法です。

素粒子を点ではなくひもだとすれば、無限大が出てこなくなるのでくりこみを行う必要がなくなるのです。

[追記]
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。

質問した人からのコメント

2010/11/9 11:19:56

お二人のご説明で更に深く考える事ができます。有難うございます。

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ベストアンサー以外の回答

1〜1件/1件中

tottokosaさん

2010/11/909:30:43

物質の正体を極限まで追求していきます。

分子→原子→原子核(+電子)→陽子・中性子→素粒子

ここで問題になるのが素粒子の正体です。それについて素粒子の一つである光子(光の正体)についての研究の歴史が解りやすいかもしれません。

光子の正体については、長いこと「波であるのか粒子であるのか?」が議論されてきました。様々な実験が行われるのですが、その結果は波としての性質を示す場合もあれば、粒子としての性質を示す場合もあり、波としての性質を持ちながら粒子としての性質も持っている、訳の解らない存在とされてきていました。

ひも理論というのはその素粒子の正体を、「輪ゴムのような状態でエネルギーが波打っている」ものとして考えました。

すでに様々な種類の素粒子が存在することが確認されており、もしそれらがまったく別々のものであるのなら、それは究極の素粒子(物質の最終正体)としてはあまり美しい理論ではない。究極のひとつに辿り着くまでさらに分割される可能性が高いということになるのですが、ひも理論ではそれら様々な素粒子をその輪ゴムの波の数や大きさによって説明することが出来ます。

ひも理論が一躍脚光を浴びたことにより、物理学は相対性理論・量子論などアインシュタインの時代以降の足踏みから一気に抜け出しはじめています。

ひも理論は超ひも理論へと進化し、さらに波打っているのは輪ゴムではなくシャボン玉のような状態の膜ではないかというM理論へと進化を進めているようです。

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