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ミロク的情報 超ひも理論
超ひも理論は物理学の理論の一つで2008年現在も仮説です。
物質の基本的単位を大きさが無限に小さなゼロ次元の点粒子ではなく1次元の拡がりをもつ弦であると考える弦理論に超対称性という考えを加え拡張したものです。超弦理論とも呼ばれます。
宇宙の姿やその誕生のメカニズムを解き明かし、同時に原子、素粒子、クォークといった微小な物のさらにその先の世界を説明する、世界の先端物理学での最も主要な理論であるが、いくつかの不完全な点が指摘されており、実証することも困難なために定説までには至っていません。
概論
それまでの理論では粒子を点、すなわち点粒子として扱ってきましたが、超ひも理論では粒子を弦の振動として表わしており、「閉じた弦」と「開いた弦」がある。開いた弦はスピン1のゲージ粒子(光子、ウィークボソン、グルーオンなどに相当)を含み、閉じた弦はスピン2の重力子と思われる粒子を含む。また開いた弦の相互作用を考えるとどうしても閉じた弦、すなわち重力子を含まざるを得ない。そのため、強い力のみを記述する理論と捉えることは難しいことがわかりました。
逆に言えば、弦を基本要素と考えることで、自然に重力を量子化したものが得られると考えられる。そのため、超ひも理論は万物の理論となりうる可能性があります。超ひも理論は素粒子の標準模型の様々な粒子を導出しうる大きな自由度を持ち、それを元に現在までに様々なモデルが提案されているが、具体的な実験事実を予言しそれが確証されたということは未だない。また、未だに方程式として定まった真の「物理理論」と呼べるものは一つも得られてない。
基本的な説明
重力を記述する一般相対性理論と物質のミクロな振る舞いを記述する量子力学の折り合いをつけた理論(量子重力理論)の構築というのは物理学者を悩ませていた大問題であるが、超ひも理論はそれを解決する可能性をもった理論です。
超ひも理論には五つの種類があり、それぞれI型、IIA、IIB、ヘテロSO(32)，ヘテロE8×E8と呼ばれます。この五つの超ひも理論は理論の整合性のため10次元時空が必要です。通常の3次元に時間を加えた4次元に加えて、残りの6次元は量子レベルで巻き上げられていて小さなエネルギーでは観測できないとされます。また、11次元超重力理論をその低エネルギー極限に含んだM理論は更に1次元を加えて合計11次元を必要とします。これら6つの理論はさまざまな双対性によって互いに繋がっています。
弦の振動は、量子レベルで巻き上げられている6次元により制約を受け、その振動の形により、特定の量子を形作っている。超ひも理論では基本的物体は一次元の弦であったが、M理論では加えられたもう1次元によって基本的物体は2次元の膜であると提唱されています。
また超ひも理論で表記される10次元中にはDブレーンと呼ばれる様々な次元の拡がりを持ったソリトンが存在します。Dブレーンはもともと一次元の弦が端点を持ちうる空間として定義されているものですが、重力子（グラビトン）等の閉じた弦はこの超空間に依存せずにブレーン間を往来します。
この描像を宇宙論に適用した理論は、ブレーンワールドと呼ばれ、典型的な模型では我々はこの(D)ブレーンの上に住んでいることになります。またこのモデルでは、量子力学で使われる3つの力に対して、何故重力が極端に弱いのかを説明がつけられるとしています。つまり、本来他の3つの力、即ち、電磁気力（電磁力ともいう）、弱い力、強い力に比較して弱いのは、他の次元にその大半が逃げてしまっているためと考えられます。
これに関連して､例えば宇宙論のインフレーションをブレーンの運動で捉えるなど、様々な研究がなされている。なお、ビッグバンは我々の存在する宇宙が所属する膜と他の膜の接触によるエネルギーが原因で起こったとするモデルもあり、エキピロティック宇宙論と呼ばれています。通常のインフレーションを導出しようとする試みも進行中です。
超ひも理論は重力の量子論の有力な候補であり、現時点でも特殊な条件の下でならブラックホールのエントロピーに関する問題に答えられます。ブラックホールのエントロピーは表面積に比例しているが、この事実をDブレーンに張り付いた弦の状態を数え上げる、という方法で導き出しています。これは熱力学のエントロピーを統計力学の手法で導き出すことに対応しています。
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