10次元の宇宙

「異次元」というと、私たちはパラレルワールド(私たちの世界と平行して存在する別の現実で、物事の仕組みや出来事が異なる)のようなものを思い浮かべる傾向があります。 しかし、次元の現実と、それが宇宙の秩序においてどのような役割を果たしているかは、この一般的な特徴とは全く異なります。

簡単に説明すると、次元とは、我々が現実として認識しているものの異なる側面である。 私たちは、日常的に私たちを取り囲む 3 つの次元、すなわち、私たちの宇宙におけるすべてのオブジェクトの長さ、幅、深さを定義する次元 (それぞれ x、y、z 軸) をすぐに認識します。

これらの目に見える 3 つの次元以外にも、もっと多くのものがあるかもしれないと、科学者は考えています。 実際、超弦理論の理論的枠組みでは、宇宙は10の異なる次元に存在すると仮定している。 これらの異なる側面が、宇宙、自然の基本的な力、およびその中に含まれるすべての素粒子を支配しているのである。 一次元の物体をうまく表現すると直線になるが、これは長さの点でのみ存在し、他の識別可能な性質は持っていない。 これに2次元目のY軸(または高さ)を加えると、物体は2次元の形状(正方形など)になります。

3次元目は奥行き(Z軸)を含み、すべての物体に面積と断面積の感覚を与えます。 その典型が立方体で、三次元に存在し、長さ、幅、奥行き、したがって体積を持つ。

 ビッグバンから始まる宇宙のタイムライン。 Credit: NASA
ビッグバンから始まる宇宙のタイムライン。 ストリング理論によれば、これは数多く存在する可能性のある世界のひとつに過ぎない。 Credit: NASA

科学者たちは、4番目の次元は時間であり、任意の時点で知られているすべての物質の特性を支配していると考えています。 他の3つの次元とともに、時間における物体の位置を知ることは、宇宙におけるその位置をプロットするために不可欠です。 超弦理論によれば、5 次元と 6 次元は、可能性のある世界という概念が生まれる場所です。

6次元では、可能世界の平面が見え、ここと同じ初期条件(すなわちビッグバン)で始まるすべての可能な宇宙を比較し、位置づけることができます。 理論的には、5次元と6次元を使いこなすことができれば、タイムトラベルや異なる未来に行くことができます。

7次元では、異なる初期条件から始まる可能性のある世界にアクセスすることができるのです。 5番目と6番目では、初期条件は同じでその後の行動が異なっていたのに対し、ここでは、時間の始まりからすべてが異なっているのです。 8次元では再び、このような可能な宇宙史の平面が得られ、それぞれが異なる初期条件から始まり無限に分岐する(それゆえ無限と呼ばれる)。

9次元では、物理法則と初期条件の異なるすべての可能な宇宙史から始まり、すべての可能な宇宙史が比較できる。 最後の10次元では、可能なもの、想像できるものがすべて網羅された地点に到達する。

String space - superstring theory lives in 10 dimensions, which means that six of the dimensions have to explain why we can only perceive four. そのためには、カラビ・ヤウ多様体と呼ばれる、素粒子の本質的な性質がすべて隠されている複雑な6次元幾何学が最適である。 クレジット:A Hanson ストリング空間 - 超弦理論は10次元で生きている。つまり、我々が4つしか知覚できない理由を説明するためには、そのうちの6つの次元を「コンパクト化」しなければならないのである。 そのためには、カラビ・ヤウ多様体と呼ばれる複雑な6次元幾何学が最適で、そこでは素粒子の本質的な性質はすべて隠されている。 Credit: A Hanson.
余剰次元の存在は、素粒子の本質的な性質がすべて隠されているカラビ・ヤウ多様体を使って説明されます。 Credit: A Hanson.

我々が知覚できないこの6つの追加次元の存在は、ストリング理論が自然界で整合性を持つために必要である。 すなわち、余分な次元が非常に小さなスケールで圧縮されているか、あるいは、我々の世界がブレーンに相当する3次元の部分多様体に住んでいて、重力以外のすべての既知の粒子がそこに制限されている可能性があります(別名、ブレーン理論)。

余分な次元が圧縮されているとすると、余分な6次元はカラビ・ヤウ多様体(上図)の形でなければなりません。 我々の感覚では感知できないが、それらは宇宙の形成を最初から支配していたはずである。 それゆえ、科学者たちは、望遠鏡を使って初期宇宙(すなわち数十億年前)の光を探し出し、時間を遡ることで、これらの追加次元の存在が宇宙の進化にどのような影響を及ぼしたかを見ることができるかもしれないと考えているのである。

宇宙が10次元(またはそれ以上)で構成されているという信念は、他の大統一理論(万物の理論(TOE))の候補と同様に、素粒子物理学の標準モデルと重力の存在を調和させようとする試みです。

さらに詳しい情報は、ユニバース・トゥデイに掲載されているパラレルワールドについての記事と、科学者が見つけたと思ったが実際には存在しないパラレルワールドについての記事をご覧ください。 10次元を詳しく説明した素晴らしいビデオがあります。 また、PBSのテレビ番組「エレガント・ユニバース」のウェブサイトを見ることもできます。

また、アストロノミー・キャストを聴くこともできます。 137話のThe Large Scale Structure of the Universeが面白いかもしれません。

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