【簡単】11次元とは|余剰次元は存在するか

11次元とは|余剰次元は存在するか 量子力学
【簡単】11次元とは|余剰次元は存在するか

「11次元って何? 余剰次元について知りたい。 余剰次元が存在するって本当? 余剰次元をどうやって観測するの? 物理学ってなんだか難しそうだな… 」

こういった疑問に物理学修士の筆者が答えます。

結論

11次元とは空間の10次元と時間の1次元を合わせた次元で、10次元空間とは9次元空間20個に囲まれてできた空間です。超ひも理論では、私たちの宇宙は9次元や10次元空間に浮かんだ3次元空間の膜であることが導きだされています。このように私たちの3次元空間より大きい次元を余剰次元といい、余剰次元があるのかどうかを様々なアプローチで研究されています。詳細は本記事にて解説します。

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本記事の内容

11次元とは

11次元とは

11次元とは空間の10次元と時間の1次元を合わせた次元で、10次元空間とは9次元空間20個に囲まれてできた空間です。例えば点は0次元、線は点が2個で結ばれた1次元、面は線が4個で結ばれた2次元、立体は面が6個で結ばれた3次元…といったように計算すると10次元空間は9次元超立体20個で結ばれた、超立体になるのです。
超ひも理論では、私たちの宇宙は9次元や10次元空間に浮かんだ3次元空間の膜であることが導きだされています。

余剰次元とは

余剰次元とは4次元以上の超立体を表します。余剰次元はどんな世界かというと、例えば私たちが待ち合わせをしようとすると、「明日13時に駅の改札で集合!」というように空間の3次元と時間の1次元を指定すればいいのです。しかし、余剰次元になると指定する数が増えるのです。例えば5次元の時空を考えると「明日13時に駅の改札から4次元方向に30mいった場所で集合!」といった具合になるのです。ちなみに理論物理学者テオドール・カルツァによると、余剰次元はミクロな世界に折り込まれているといいます。どういうことかというと、私たちが遠くからロープを見ると1次元に見えます。しかし、ロープの上を移動しているアリからすればロープを大きな円柱であり、2次元に見えるのです。つまり、小さな視点では次元が増えてるという考えなのです。

余剰次元を観測する方法

余剰次元を観測する方法は「1.2つの測定器を近くに置く方法」と「2.LHCで粒子を加速させる方法」がありますが、どれもまだ、余剰次元を確認できていません。それぞれ方法を解説します。

1.2つの測定器を近くに設置する方法

超ひも理論では、力のうち重力だけが余剰次元に染み出ています。例えば、電磁気力に比べて重力は1036倍も弱いのです。この弱い理由に上げられるのが重力を伝える素粒子である重力子だけが9次元や10次元空間をいったり着たりしているというものです。つまり、重力は余剰次元に染み出ると考えられるのです。そこで、重力が余剰次元に染み出ていることを観測する方法として2つの重力を測定する測定器を近くに設置する方法があります。もし、二つの測定器の値が違えば重力は余剰次元に染み出ているために、一方に比べてもう一方が弱くなっていると考えられるのです。

2.LHCで粒子を加速させる方法

重力が余剰次元に染み出ていることを確認するもう1つの方法として、素粒子加速器(LHC)で2つの粒子を光の速さくらいまで加速し、粒子同士を衝突させて、衝突前後のエネルギーを比較するという方法があります。エネルギーが衝突前後で違っていれば、重力が余剰次元に染み出したことになるのです。

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