ようこそ!浜村拓夫の世界へ

    ブログ内検索

    最近の記事

    ブックマーク数の多い記事

    Blog Translation

    Powered By FC2ブログ

    Powered By FC2ブログ
    ブログやるならFC2ブログ


    FC2ブログ LOGIN

    with Ajax Amazon

    スポンサーサイト

    このエントリーを含むはてなブックマーク はてなブックマーク - スポンサーサイト あとで読む
    上記の広告は1ヶ月以上更新のないブログに表示されています。
    新しい記事を書く事で広告が消せます。

    スーパーストリング理論のコンパクト化を解明する発見

    このエントリーを含むはてなブックマーク はてなブックマーク - スーパーストリング理論のコンパクト化を解明する発見 あとで読む
    宇宙や万物の根源を解明しようとする物理学で、「超弦理論(スーパーストリング理論)」という仮説がある。
    ・超弦理論では、万物の根源は、振動するひものようなもの=超弦と考えるモデルが提示されている。
    ・超弦が存在するには、10次元の時空間が必要となる。

    10次元(=9次元の空間+1次元の時間)のうち、空間分の6次元がどこにあるのか?を探るヒントが日本で発見された。
    これはとても画期的なことだ。

    KEKら、超弦理論を活用して10次元宇宙から3次元宇宙が誕生する仕組みを解明 - マイナビニュース

    KEKら、超弦理論を活用して10次元宇宙から3次元宇宙が誕生する仕組みを解明
    デイビー日高  [2011/12/22]

    高エネルギー加速器研究機構(KEK)、静岡大学、大阪大学の3社は12月22日、スーパーコンピュータを用いて、超弦理論の予言する10次元(空間9次元+時間1次元)から3次元空間の現実の宇宙が誕生する様子をシミュレーションで明らかにすることに成功したと発表した。KEK素粒子原子核研究所の西村淳准教授らによる研究で、成果は米国物理学会誌「Physical Review Letters」2012年1月6日号(オンライン版1月4日)に掲載予定。

    ビッグバン宇宙論によると、宇宙は約137億年前、目に見えないほどの小さな点から大爆発とともに生まれたと考えられている。この理論は、宇宙背景輻射(うちゅうはいけいふくしゃ)や元素の組成などの観測データによって強く支持されているのは多くの人がご存じのことだろう。

    その一方で、宇宙全体が小さな点であるような状況は、アインシュタインの一般相対性理論の適用限界を超えており、宇宙が実際どのように誕生したかは未だに判明していないのが現状である。

    そのような状況の中で、まだ未完成ではあるものの素粒子の究極理論と目される「超弦理論」(超ひも理論、とも呼ばれる)は、すべての素粒子を極めて小さな「弦」のさまざまな振動の仕方として表し、その中には重力を媒介するとされる未発見の粒子「重力子」なども含み、一般相対性理論を素粒子のスケールまで自然に拡張することが可能なのが大きな特長だ。

    このことから超弦理論を用いれば、宇宙誕生の様子を解明できると期待されているが、弦の間に働く相互作用が強いために具体的な計算が難しく、さまざまなモデルやシナリオに基づく議論がなされてはいるものの、決定的なものがないまま現在に至っている。特に、超弦理論は9次元の広がりを持つ空間が予言されており、現実の3次元空間とどう折り合いがつけるのかは大きな謎となっていた。

    なお、超弦理論で空間が9次元である理由は、そうでないと量子力学と矛盾してしまうからだ。しかし、当然人が感知し得ない残りの6次元については見えなくなっている必要がある。その代表的な考え方が、その6次元空間を非常に小さく丸めてしまう「コンパクト化」だが、その方法が無数に存在することも、問題点の1つとなっていた。

    今回、研究チームはそうした特徴を持つ超弦理論を活用し、宇宙誕生の様子を京都大学基礎物理学研究所のスーパーコンピュータ「日立SR16000」(理論演算性能90.3TFlops)によってシミュレーションを実施。その結果、宇宙が最初は9次元の空間的な広がりを持っていたが、ある時を堺にして3方向だけが急に膨張し始めることが確認されたのである。

    今回研究では、弦の相互作用を表す、大きなサイズの行列(IKKT行列模型)を効率的に数値計算する手法を確立し、超弦理論に現れる9次元空間の様子が、時間とともにどう変化するかを計算した。

    なおIKKT行列模型とは、1996年に日本人研究者4名によって提唱された超弦理論の新しい定式化である。超弦理論の従来の定式化は、弦の相互作用が弱い場合にのみ有効であるため、現実の物理現象への応用に適していないという問題を抱えていた。そこで、IKKT行列模型では、大きなサイズの行列を基本的な力学的自由度とし、弦の相互作用が強い場合にも有効な定式化として考案されたのである。これまでの研究では、技術的な理由のため、時間を虚数として扱う解析がなされており、その限りでは現実世界との関係性は明らかでなかった。しかし、今回の研究は時間を実数として扱う解析の技術的困難を克服し、具体的な計算を行うことで、初めて宇宙論への応用がなされたというわけだ。

    こうして得られた結果が図1で、9方向の空間的な広がりを、時間の経過に対してプロットしたものである。宇宙の始まりに向かって過去に遡ると、確かに空間は9次元的に広がっているが、ある時点を境にして、3次元方向だけが急速に大きくなることが示された。この結果により、超弦理論の予測する9次元空間から、実際に我々の住む3次元空間が出現することが、世界で初めて解明されたのである。

    画像1。超弦理論に現れる9次元空間の持つ9方向の広がりを時間の経過に対してプロットしたもの。ある時点を境にして、9次元方向のうち3次元方向のみがほかを残して膨張し始めることがわかる

    一般相対性理論を素粒子のスケールまで拡張する究極理論として、超弦理論が提唱されてから40年近くになるが、具体的な計算の難しさから、その実在性や有用性は明らかでなかった。今回の研究成果により、時空の次元の謎に対して新しい理解が得られたことは間違いなく、研究グループは超弦理論の実在性を示すものとする。

    また同研究により、コンピュータを用いた超弦理論の新しい解析手法が確立したことは、この理論をさまざまな問題に応用する可能性を切り開くものであるともしている。例えば、宇宙初期に起こったと考えられているインフレーション(宇宙誕生後の初期に極短時間に起こったと考えられている、急激な宇宙の空間的加速膨張のこと)や、今年のノーベル物理学賞の対象となった宇宙の加速膨張などの理論的解明が挙げられる。また、宇宙観測で示唆される暗黒物質や、LHC実験による発見が期待されるヒッグス粒子など、素粒子理論に残された謎の解明において、超弦理論がさらに発展し、重要な役割を果たすことも期待されるとコメントしている。



    宇宙はなぜ3次元 超ひも理論で解明、高エネ研など - 日本経済新聞

    宇宙はなぜ3次元 超ひも理論で解明、高エネ研など
    2011/12/22 2:00

     高エネルギー加速器研究機構などの研究グループは、究極の物理理論と期待される「超弦(超ひも)理論」で、3次元空間の宇宙が誕生する過程をスーパーコンピューターのシミュレーションで解明した。同理論は空間が9次元と予測しており、我々のいる宇宙がなぜ3次元なのかが40年近く大きな謎だった。

     静岡大学、大阪大学との共同研究成果で、1月4日に米物理学会の専門誌フィジカル・レビュー・レターズ(電子版)に掲載される予定。

     超弦理論は物質などの最小単位である素粒子を点ではなく1次元的な広がりを持つ「ひも」と考える仮説。自然界に存在する4つの力をまとめて説明できるため、現在の素粒子物理学の基礎になっている「標準理論」を超える究極の理論になると注目されている。

     ただ、超弦理論では「空間9次元・時間1次元」と予測され、我々の宇宙が「空間3次元・時間1次元」になっている理由をどう説明するかが、重要な課題だった。

     研究グループは従来より正確なシミュレーションの計算手法を確立。宇宙誕生時の様子を解析したところ、空間9次元のうち3次元の方向だけ膨張し始めることを世界で初めて突き止めた。懸案だった謎が解けたことで、同理論の研究が今後加速する見通し。



    宇宙が3次元で誕生する仕組み、解明へ - KEK

    プレスリリース

    宇宙が3次元で誕生する仕組み、解明へ
    ― 40年間未解決だった超弦理論の謎、スパコンで解明 ―

    平成23年12月22日

    大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
    国立大学法人 静岡大学
    国立大学法人 大阪大学

    【発表の骨子】
    大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構(KEK)、静岡大学、大阪大学からなる研究チームは、計算機シミュレーションを用いて、超弦理論(ちょうげんりろん)※1の予言する10次元(空間9次元、時間1次元)から3次元空間を持つ宇宙が誕生する様子を解明することに、世界で初めて成功した。



    【概 要】

    ビッグバン宇宙論によると、宇宙は約137億年前、目に見えないほどの小さな点から大爆発とともに生まれたと考えられる。この理論は、宇宙背景輻射(うちゅうはいけいふくしゃ)※2や元素の組成などの観測データによって強く支持されている。一方、宇宙全体が小さな点であるような状況は、アインシュタインの一般相対性理論の適用限界を超えており、宇宙が実際どのように誕生したかを明らかにすることは、これまで成功していなかった。
    素粒子の究極理論とされる「超弦理論」においては、すべての素粒子を極めて小さな「弦」の様々な振動のしかたとして表すが、その中には重力を媒介する粒子も含まれ、一般相対性理論を素粒子のスケールまで自然に拡張することができる。このことから超弦理論を用いれば、宇宙誕生の様子を解明できると期待されているが、弦の間に働く相互作用が強いため具体的な計算は難しく、様々なモデルやシナリオに基づく議論がなされる状況がこれまで続いていた。
    特に、超弦理論においては、9次元※3の広がりを持つ空間が予言されており、我々の住む3次元空間とどう折り合いがつくのかは、大きな謎だった。
    今回、西村淳(高エネルギー加速器研究機構・准教授)、土屋麻人(静岡大学・准教授)、金相佑(大阪大学・特任研究員)からなる研究チームは、超弦理論に基づき、宇宙誕生の様子をスーパーコンピュータによってシミュレーションすることに成功した。その結果、宇宙は最初9次元の空間的な広がりを持っていたが、ある時点で3方向だけが膨張し始めることが示された。
    なお、本研究成果は、米国の科学誌『フィジカル・レビュー・レターズ』に2012年1月6日号(オンライン版1月4日)掲載予定である。

    【研究内容】

    本研究では、弦の相互作用を表す、大きなサイズの行列(IKKT行列模型※4)を効率的に数値計算する手法を確立し、超弦理論に現れる9次元空間の様子が、時間とともにどう変化するかを計算した。図は、9方向の空間的な広がりを、時間の経過に対してプロットしたものである。宇宙の始まりに向かって過去に遡ると、確かに空間は9次元的に広がっているが、ある時点を境にして、3次元方向だけが急速に大きくなることが示された。この結果により、超弦理論の予測する9次元空間から、実際に我々の住む3次元空間が出現することが、世界で初めて解明された。
    今回の計算には主に、京都大学基礎物理学研究所のスーパーコンピュータ「日立 SR16000」(理論演算性能 90.3テラフロップス)が用いられた。

    【本研究の意義】

    一般相対性理論を素粒子のスケールまで拡張する究極理論として、超弦理論が提唱されてから40年近くになるが、具体的な計算の難しさから、その実在性や有用性は明らかでなかった。本研究成果により、時空の次元の謎に対して新しい理解が得られたことは、超弦理論の実在性を示すものである。また本研究により、コンピュータを用いた超弦理論の新しい解析手法が確立したことは、この理論を様々な問題に応用する可能性を切り開くものである。例えば、宇宙初期に起こったと考えられているインフレーション※5や、今年のノーベル物理学賞の対象となった宇宙の加速膨張※6などの理論的解明が挙げられる。また、宇宙観測で示唆される暗黒物質や、LHC実験による発見が期待されるヒッグス粒子※7など、素粒子理論に残された謎の解明において、超弦理論がさらに発展し、重要な役割を果たすことが期待される。

    【お問合せ先】

    <研究内容に関すること>

    大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
    素粒子原子核研究所 准教授
    西村 淳(にしむら じゅん)
    TEL: 029-864-5398
    FAX: 029-864-5755
    E-mail: jnishi@post.kek.jp

    国立大学法人 静岡大学
    理学部物理学科基礎物理学 准教授
    土屋 麻人(つちや あさと)
    TEL: 054-238-4737
    FAX: 054-238-4737
    E-mail: satsuch@ipc.shizuoka.ac.jp

    国立大学法人 大阪大学
    大学院理学研究科 特任研究員
    金 相佑(キム サンウー)
    TEL: 06-6850-5729
    FAX: 06-6850-5379
    E-mail: sang@het.phys.sci.osaka-u.ac.jp

    <報道担当>

    大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構
    広報室長
    森田 洋平(もりた ようへい)
    TEL: 029-879-6047
    FAX: 029-879-6049
    E-mail: press@kek.jp

    国立大学法人 静岡大学
    広報室長
    北川 陽子(きたがわ ようこ)
    TEL: 054-238-5179
    FAX: 054-237-0089
    E-mail: koho@adb.shizuoka.ac.jp

    国立大学法人 大阪大学
    理学研究科庶務係
    池田 雅人(いけだ まさと)、西ノ上 和彦(にしのうえ かずひこ)
    TEL: 06-6850-5280
    FAX: 06-6850-5288
    E-mail: ri-syomu@office.osaka-u.ac.jp

    超弦理論に現れる9次元空間の持つ9方向の広がり
    図:超弦理論に現れる9次元空間の持つ9方向の広がりを時間の経過に対してプロットしたもの。ある時点を境にして、9次元方向のうち3次元方向が膨張し始めることがわかる。

    【用語解説】

    ※1:超弦理論
    素粒子の間に働く基本的な相互作用としては、電磁気力、弱い相互作用、強い相互作用、重力の4つが存在する。重力以外の3つの相互作用を記述する理論は存在するが、重力を含めた素粒子理論に関しては、現在も様々な研究が進められている。超弦理論では、すべての素粒子を、一次元的な拡がりを持ったもの(「弦」)の様々な振動モードと考えることによって、重力を含めた4つの相互作用を統一的に記述することが可能になる。

    ※2:宇宙背景輻射
    宇宙のあらゆる方向から、ほぼ一様に降り注ぐマイクロ波のこと。「ビッグバンの残り火」とも称され、宇宙が大爆発に始まり膨張し続けているとするビッグバン宇宙論の有力な証拠の一つとされる。1964年に米国のペンジアスとウィルソンによって偶然発見され、この業績により彼らは1978年にノーベル物理学賞を受賞した。現在、米航空宇宙局(NASA)が打ち上げたWMAP(ウィルキンソンマイクロ波異方性探査機)によって、より精密な観測が続けられており、その観測結果は宇宙論に大きな変革をもたらしてきた。

    ※3:9次元
    我々の住む空間は3次元の広がりを持っているが、超弦理論では、空間が9次元でないと量子力学と矛盾することが知られている。したがって、9次元のうち、3次元以外の6次元空間は見えなくなっている必要がある。その代表的な方法として、余分な6次元空間を非常に小さく丸める「コンパクト化」が挙げられるが、その仕方が無数に存在することが、問題点の一つであった。

    ※4:IKKT行列模型
    KEK理論グループの共同研究として石橋延幸(現:筑波大学)、川合光(現:京都大学)、北澤良久(現:KEK)、土屋麻人(現:静岡大学)が1996年に提唱した超弦理論の新しい定式化(IKKTは、4人の名前の頭文字を表す。)。超弦理論の従来の定式化は、弦の相互作用が弱い場合にのみ有効であるため、現実の物理現象への応用に適していなかった。IKKT行列模型は、大きなサイズの行列を基本的な力学的自由度としており、弦の相互作用が強い場合にも有効な定式化として考案された。これまでの研究では、技術的な理由のため、時間を虚数として扱う解析がなされており、その限りでは現実世界との関係性は明らかでなかった。本研究は、時間を実数として扱う解析の技術的困難を克服し、具体的な計算を行うことにより、宇宙論へ応用した初めてのものである。

    ※5:インフレーション
    宇宙誕生後のごく短時間に起こったと考えられている、急激な加速膨張のこと。1980年代初頭に、佐藤勝彦(現:自然科学研究機構長)や米国のアラン・グースらによって初めて提唱された。インフレーションは、ビッグバン宇宙論における様々な問題点を自然に解決できる上、宇宙背景輻射の詳細な性質を正しく説明できるなどの成功を収めている。一方、インフレーションが起きる機構に関しては、様々なモデルが考案されているものの、超弦理論のような基礎的な理論からインフレーションを導出することは、重要な課題として残っている。

    ※6:宇宙の加速膨張
    ビッグバン宇宙論によると、宇宙は約137億年前に誕生して以来、膨張を続けている。従来、この宇宙膨張は減速していると考えられていたが、ここ十数年ほどの宇宙観測のデータから、現在の宇宙膨張は加速していることが明らかになり、注目を集めている。2011年のノーベル物理学賞は、Ia型の超新星爆発の観測により、加速膨張の発見に寄与した業績に対して贈られることになった。一方、この加速膨張は、膨張しても密度が薄まらない謎のエネルギー(暗黒エネルギー)が、宇宙の全エネルギーの70パーセント以上を占めることを意味しており、理論物理学的観点からの解明が必要とされている。

    ※7:LHC実験による発見が期待されるヒッグス粒子
    LHCとは、2008年の秋に、ジュネーブの郊外にある欧州原子核研究機構(CERN)にて稼働を開始した世界最大の加速器、大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider)の略称であり、LHC実験とは、その加速器を用いて行われている実験の総称である。LHC実験の最大の目的の一つが、素粒子の標準模型において唯一未発見のヒッグス粒子を発見し、それに関連した素粒子理論の問題に対する手がかりを得ることである。ヒッグス粒子は、素粒子に質量を与える機構のために導入された粒子であるが、重力を含めた素粒子理論の観点からは不自然な点もあり、実験および理論の両面からの解明が待たれる。



    ニュースに対するレポート記事がありました。

    超ひも理論から4次元が出る? - ここがロドスだ、ここで跳べ

    超ひも理論から4次元が出る?

    宇宙はなぜ3次元 超ひも理論で解明、高エネ研など
    http://www.nikkei.com/news/category/article/g=96958A9C889DE1E5E6E5E4EBE6E2E0E0E3E0E0E2E3E39180EAE2E2E2

    こんなニュースがあったので。記事からは何もわからないが高エネ研ということはIKKT行列模型の数値計算がうまくいったのかな。
    自分の名前が入っている唯一の論文も一応この行列模型に関係する話だったりする(遠い目)。
    記憶を辿って書いてみる。

    超ひも理論(超弦理論)は10次元時空でしか成立しない。

    超ひも理論は素粒子論の話なので当然量子論の範囲の議論だが、まず古典論で議論した上でそれを量子化という対応処方(理由はない)で量子論に持っていきます。

    古典論(F=maの世界)で超ひも理論の模型を作る → 量子化で対応する量子論を構成する

    この際、古典論でこれが欲しいよね、と仮定していた理論の対称性が、量子化した先の理論で成立しない場合があります。これをアノーマリーと呼びます。

    超ひも理論の摂動論では時空を10次元(空間9次元と時間1次元)と仮定しないと(確か)ローレンツ対称性が破れてしまいます。

    超ひも理論の摂動論が正しいとする → 時空は10次元

    行列模型は超ひも理論の非摂動論の一つ

    行列模型は超ひも理論の非摂動的な定式化の一つです。

    ひも理論の非摂動的な定式化の戦略には、ひもの場の量子論の方向と行列模型の方向があります。90年代後半頃の話。

    ひもの場の量子論 HIKKOとか
    行列模型     IKKT(IIB行列模型),BFSS


    前者は質点の量子論が場の量子論に発展していったようにひもの量子論もひもの場の量子論を考えるという方向ですが
    行列模型というのはひもの量子論のままでそれを連続的な物から行列という離散的なものを用いて厳密に定式化しようとする方向です。

    そのラグランジアンは例えばIKKTでは[X,X]^2みたいな、行列の交換関係でかけています。Xは時空に対応していて
    この行列の固有値分布を調べる事で10次元で定義されていている時空が実際に広がった時空としては何次元が広がっているかを
    コンピュータの数値計算によって割り出そうという話が高エネ研などで盛んに行われていた、記憶があります。



    This Week’s Hype | Not Even Wrong

    This Week’s Hype
    Posted on December 22, 2011 by woit

    The Japanese are getting in on the string theory hype business, with KEK issuing a press release today with the title: The mechanism that explains why our universe was born with 3 dimensions: a 40-year-old puzzle of superstring theory solved by supercomputer. As usual for this kind of press release, the claim is that researchers at the institution issuing the press release have finally solved the age-old problem of string theory predicting nothing. In this case the prediction is that there are 3 dimensions of space (I think that, technically, this is a “post-diction”). According to the press release:

    A group of three researchers from KEK, Shizuoka University and Osaka University has for the first time revealed the way our universe was born with 3 spatial dimensions from 10-dimensional superstring theory in which spacetime has 9 spatial directions and 1 temporal direction. This result was obtained by numerical simulation on a supercomputer…

    … it is expected that superstring theory allows the investigation of the birth of the universe. However, actual calculation has been intractable because the interaction between strings is strong, so all investigation thus far has been restricted to discussing various models or scenarios…

    … It is almost 40 years since superstring theory was proposed as the theory of everything, extending the general theory of relativity to the scale of elementary particles. However, its validity and its usefulness remained unclear due to the difficulty of performing actual calculations. The newly obtained solution to the space-time dimensionality puzzle strongly supports the validity of the theory.

    Furthermore, the establishment of a new method to analyze superstring theory using computers opens up the possibility of applying this theory to various problems. For instance, it should now be possible to provide a theoretical understanding of the inflation that is believed to have taken place in the early universe, and also the accelerating expansion of the universe, whose discovery earned the Nobel Prize in Physics this year. It is expected that superstring theory will develop further and play an important role in solving such puzzles in particle physics as the existence of the dark matter that is suggested by cosmological observations, and the Higgs particle, which is expected to be discovered by LHC experiments.



    This goes back to the pre-arXiv days, before many of our current graduate students were even born, but some of us are old enough to remember similar claims being made back in the late 1980s. For example there’s the 1989 Brandenberger-Vafa paper claiming that string theory predicts 3 dimensions, using a “string gas” cosmology. I don’t remember if there was a “finally, physicists find a way to make a prediction based on string theory” press release back in 1989 or not.


    関連記事

    コメント

    コメントの投稿


    管理者にだけ表示を許可する

    トラックバック

    トラックバックURL:
    http://hamamuratakuo.blog61.fc2.com/tb.php/719-061ec8e3

    FC2Ad

    上記広告は1ヶ月以上更新のないブログに表示されています。新しい記事を書くことで広告を消せます。