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数理物質系　伊敷 吾郎（いしき ごろう）　助教

　ひも理论という言叶を闻いたことがあるでしょうか。弦理论とも呼ばれるこの理论、宇宙は「ひも」とか「弦」でできていると言われてもねえ。だいいちそんなことでは络まってしまわないの？　弦理论を研究している伊敷さんに、そんな素朴な疑问をぶつけてみたところ、优しく答えてくれました。

　弦理论は、素粒子の运动の统一的説明を目指しています。アインシュタインの一般相対性理论は、ニュートン物理学をみごとに补完しました。きわめて强い重力の作用や光速に近い运动をうまく説明できたのです。ところが、素粒子のミクロな世界に一般相対性理论は当てはまりません。そこは量子力学の世界です。ところが量子力学では逆に、重力を説明できません。计算しようとすると、答が无限大になってしまうのだそうです。物质は、突き詰めていくと20种类ほどの素粒子でできています。それらの素粒子は、互いに４种类の相互作用をしています。重力相互作用、电磁相互作用、弱い相互作用、强い相互作用の４つです。重力相互作用を除く３つの相互作用は、场の理论と呼ばれる理论で説明できます。素粒子を、大きさのない「点粒子」と见なして计算することで、多くの现象が説明できるのです。ニュートン力学では、物体の运动は初期の状态が决まれば一通りに决まります。しかし素粒子では、有名な不确定性原理により、础地点から叠地点までの运动は无数に考えられます。量子力学では、点粒子が描きうる轨道、すなわち线をすべて足し上げるような计算をします。极端な话この方式で、３种类の相互作用が説明できます。ところがこれでは、重力の相互作用は记述できません。そこで、点粒子としての素粒子を１次元の「ひも（弦）」に见たてて、线ではなく面を足し上げるという考え方が弦理论なのだそうです。単纯に仮定した状况では、この方式で４种类の相互作用が记述できることがわかっているそうです。

　なんとなくわかったようで、それでもよくわからない话ですね。われわれは３次元の世界に生きています。縦と横と奥行きですね。それに时间の轴も入れると４次元の世界になります。ところが弦理论は、时间も入れて10次元の世界を想定しています。それ以下だと数学的に矛盾するので、最低でも10次元が必要なのだそうです。では、とりあえず时间轴は除くとして、９次元の空间次元と、われわれが暮らす(认识する)３次元空间はいったいどういう関係にあるのでしょう。上述のように、弦理论が考える大本の空间次元は９次元なのですが、そのうち６つの次元が何らかの运动によって小さく丸まり、残る３次元だけが见えるようになったのだろうと、弦理论では考えるのだそうです。たとえばと、伊敷さんはこんな例を话してくれました。空中に浮かぶ球の表面を歩くアリは、世界を２次元と认识しているかもしれません。その球がぐんと引き伸ばされて细いワイヤーのようになれば、その上を歩くアリは、世界を１次元と认识するかもしれません。さて、现実の多次元世界はどうなっているのでしょう。

　それにしても、４次元でも头がくらくらするのに、10次元とは。伊敷さんは子供の顷、空间を３次元と考えることを不思议に思ったそうです。その上そこに、属性の异なる「时间」の轴まで考えることがなぜ可能なのか。その疑问は、高校の数学で座标系を习ったことでますます膨らんだといいます。しかし大学は工学部の建筑学科に进学。それが、大学３年のとき、本屋で见つけた理论物理学の一般书を読んで兴味が復活したそうです。スモーリンという物理学者が书いた『量子宇宙への３つの道』という本です。相対性理论と量子力学を统合する量子重力论を解説した本です。量子重力论の１つが弦理论です。それからホーキングの本や弦理论の本を読みふけり、大学院で本気で研究する决意を固めたそうです。筑波大学に着任する直前の2014年４月には、场の理论の１つであるゲージ理论と、弦理论の発展形である超弦理论が等価である可能性を一部説明する共同研究を厂颁滨贰狈颁贰誌に発表しました。目下の目标は、いくつか出されている有名な「予想」を証明することだそうです。

文責：広報室 サイエンスコミュニケーター

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