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2017040803時空は何でできているのか@京都大学基礎物理学研究所。1


市民講演会「時空は何でできているのか−ホログラフィー原理からの展望」
 2017.4.8
 13:00-15:00
 京都大学基礎物理学研究所 パナソニック国際交流ホール
 (基礎物理学研究所 (湯川記念館)1F)
 京都市左京区北白川追分町

 市民講演会ウェブサイト

 講演:
 超弦理論とホログラフィー原理(大栗博司氏、カリフォルニア工科大学/東京大学)
 異次元でクォークを解く(橋本幸士氏、大阪大学)
 スパコンで探る宇宙の創成(西村淳氏、高エネルギー加速器研究機構/総合研究大学院大学)

2017040807市民講演会「時空は何でできているのか」ポスター。


■超弦理論とホログラフィー原理 大栗博司氏(カリフォルニア工科大学、東京大学)

 人類は古来から宇宙がどのように始まったのか、どのようにできているのかに興味があった。
 それを科学的な方法で解明する当初となったのが400年前のガリレオガリレイの望遠鏡だった。

 宇宙に働く力として、マクロな世界(太陽系、宇宙の進化)を支配する重力、ミクロな世界(原子核、素粒子)に働く力がある。
 この二種類の力を統合した理論の構築は現在進行中。
 ホログラフィー原理がそのカギになるかも知れない。

 ホログラフィー原理とは・・・
 宇宙には多くのブラックホールがある。
 2016年LIGOの重力波の観測:二つのブラックホールの合体によるもの。
 銀河の中心にはブラックホールがあるのがわかっている。

 そのブラックホールには「自由度」がある。
 「自由度」とはどれだけの場合の数があるかを示す指標。
 場合の数=2^自由度
 2次元なら自由度〜面積(〜:比例関係)
 3次元なら自由度〜体積

 3次元物体の場合自由度は体積に比例するが、ブラックホールの自由度はその表面積に比例することが示された(S・ホーキング)

 ここからホログラフィー原理が提案される。
 量子重力理論の基本的な自由度は時空間の領域を包む表面に定義できる。

 ホログラフィー原理は超弦理論において実現している。
 重力を含む3次元の物理現象が2次元面で表現できる。
 重力は幻想?空間も幻想?

 ホログラフィー原理は重力理論と量子情報理論の深い関係を明らかにしつつある。
 時空間は量子状態のもつれからできているのかも知れない。

■異次元でクォークを解く 橋本幸士氏(大阪大学)

 素粒子であるクオークの運動を解明したい。
 クオークの運動方程式はわかっているのだがそれが解けない。
 クオークは単体では外部に出て来ない。「クオークの閉じこもり」

 今まで実験で確認された粒子は重さの異なる同性質の物が多数見つかっている。
 (パーティクルデータブックに記載)
 なぜ異なる重さのものが多数あるのか。

 それを異次元から説明する。
 どうして異次元が見えないのか。
 1)「進めない」異次元方向へは進めない。
 2)「見えない」異次元が小さく丸まっている。
 もし陽子に異次元が見えていたら?
 陽子が小さく丸まっている異次元を回ると別の粒子に見える。
 異次元を何周するか=重さ

 粒子は波でもある。
 回っている円周の長さで波長が決まる。
 短波長=高エネルギー
 E=mc^2

 これで重さの異なる同性質の粒子が多数見つかっていることを説明できる。

 超ひも理論で異次元を「見せる」。
 クオーク(3次元)=異次元重力
 クオーク(3次元)の運動は難しくて解けないが、異次元重力ならアインシュタイン方程式で簡単に解ける。
 超ひも理論ではクオークが開いたひも、重力子が閉じたひもと考える。
 クオークが3次元空間を運動する軌跡は重力子が異次元方向へ運動した軌跡と解釈できる。

 その考えに基づいて計算すると実際の現象とかなりの一致を見る。

■スパコンで探る宇宙の創成 西村淳氏(高エネルギー加速器研究機構)

 現在の宇宙像:137億年前に宇宙は始まった。
 しかし、始まる前はわからない。
 そのことを最先端の物理学がひとつの可能性を示唆する。
 「小さな9次元空間から宇宙が誕生した。」

 1.時空は曲がる。
 アインシュタインの一般相対性理論から導き出され、実際に観測もされている。
 アインシュタイン方程式を解くと、ブラックホール、膨張宇宙が導き出される。

 2.曲がり過ぎるとどうなるか。
 初期宇宙では時空は極端に曲がっていた。
 宇宙が小さくなればなるほど時空の曲がり具合は大きくなる。
 時空の曲率半径がプランク長さ(10^-33 僉砲茲蠑さくなると一般相対性理論は使えない。(重力の量子論が必要)
 と言うことは宇宙の始まりを探るのに一般相対性理論は使えないということになる。

 超弦理論:すべての素粒子は極微のひもである。一般相対性理論を拡張する理論。
 ホログラフィー原理:曲がった時空を行列で表せる。
 D-ブレーン:開いたひもがくっつくことができる「板」。ここに時空が投影される。

 ここからIKKT行列模型が考え出される。
 スーパーコンピューターで計算すると他の6次元は小さいまま3次元だけが膨張する宇宙が導き出される。

■「研究者と話そう」
 各講演者の前に並んで1対1で質問ができる時間。
 質問するだけの物が私にはないので退散。

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 ホログラフィー原理って、我々が見渡している3次元空間に見えていると思っているものが、2次元の表面にある情報を得ているだけだという解釈でいいのかな。

 3次元は本当は2次元。
 次元の異なる事象が見方を変えるだけで同一事象として解釈できる。
 宇宙は9次元だけど3次元だけが大きくなった。
 それらがホログラフィー原理で導出される。

 この講演会は高校生以上が対象だということだけど、おれが高校生だった時にこれを聴いてもわかったかどうか。
 今もわかってないけど。
 こういうのを聴きに行くときに予習しておかなきゃなと思いつつ、いつも忘れる。

 それはさておき・・・

2017040804時空は何でできているのか@京都大学基礎物理学研究所。2
 ホールを出たところにある数式などが書かれた黒板。
 まさに今日見てきた西村勇人「Commons」の作品を地で行くもの。