「すべての理論」であることは容易ではありません。 TOE は、アルバート アインシュタインが一般相対性理論で説明したように、重力が大規模では時空構造の曲線のように見えるように、重力を自然の量子法則に適合させるという非常に困難な仕事をしています。どういうわけか、時空の曲率は、重力エネルギーの量子化された単位、つまりグラビトンとして知られる粒子の集合的な効果として現れます。しかし、重力子がどのように相互作用するかを単純に計算しようとすると、無意味な無限大になり、重力をより深く理解する必要があることを示しています。
ひも理論 (または、より専門的に言えば、M 理論) は、宇宙のすべての理論の有力な候補としてしばしば説明されます。しかし、それについての経験的証拠はなく、重力が他の基本的な力とどのように統合されるかについての別のアイデアもありません.では、なぜストリング/M 理論が他の理論より優位に立つのでしょうか?
この理論は、グラビトン、電子、光子、その他すべてが点粒子ではなく、さまざまな方法で振動するエネルギーの小さなリボン、または「ストリング」であると仮定することで有名です。 1980 年代半ばに弦理論への関心が急上昇したとき、量子化された重力を数学的に一貫した記述ができることに物理学者が気付きました。しかし、超弦理論の既知の 5 つのバージョンはすべて「摂動的」であり、いくつかの体制で崩壊したことを意味します。理論家は、2 つの重力子ストリングが高エネルギーで衝突したときに何が起こるかを計算できましたが、ブラック ホールを形成するほど極端な重力子が合流したときは計算できませんでした。
その後、1995 年に物理学者のエドワード ウィッテンがすべてのひも理論の母を発見しました。彼は、摂動的弦理論が一貫した非摂動的理論に適合することを示すさまざまな兆候を発見し、それを M 理論と名付けました。 M 理論は、さまざまな物理的文脈における弦理論のそれぞれのように見えますが、それ自体には有効性の体制に制限がありません。これは、すべての理論の主要な要件です。または、ウィッテンの計算が示唆した。カリフォルニア工科大学の理論物理学者である David Simmons-Duffin は、「Witten は M 理論の方程式を書き留めることなくこれらの議論を行うことができました。これは印象的ですが、多くの疑問が未解決のままでした」と説明しています。
2 年後、物理学者のフアン マルダセナが AdS/CFT 対応を発見したとき、別の研究爆発が起こりました。これは、アンチ デ シッター (AdS) 空間と呼ばれる時空領域の重力を粒子の量子記述 (と呼ばれる) に接続するホログラムのような関係です。その領域の境界上を動き回る「等角場理論」)。 AdS/CFT は、AdS 時空幾何学の特殊なケースの M 理論の完全な定義を提供します。これには、宇宙とは異なる方法で曲げる負のエネルギーが注入されています。このような架空の世界では、物理学者は、原則としてブラック ホールの形成と蒸発を含む、すべてのエネルギーでのプロセスを記述することができます。過去 20 年間に Maldacena を引用した 16,000 の論文は、主に AdS/CFT と量子重力をよりよく理解するためにこれらの計算を実行することを目的としています。
この基本的な一連の出来事により、ほとんどの専門家は M 理論を主要な TOE 候補と見なすようになりましたが、私たちのような宇宙におけるその正確な定義は不明のままです。理論が正しいかどうかは、まったく別の問題です。それが提示するストリングと、これらのストリングが小刻みに動き回ると思われる特別な空間次元は、ラージ ハドロン コライダーのような実験よりも 1,000 万分の 1 の小ささです。そして、宇宙ひもや超対称性など、見られたかもしれない理論の巨視的な特徴は現れていません。
一方、他の TOE のアイデアにはさまざまな技術的問題があると見なされており、重力子-重力子散乱計算などの数学的一貫性の弦理論の実証をまだ繰り返していません。 (Simmons-Duffin によれば、この計算の最初のステップ、つまり最初の「量子補正」を完了することができた競争相手はいません。) ある哲学者は、弦理論が唯一知られている一貫した理論であることが、理論は正しいです。
遠い競争相手には、漸近的に安全な重力、E8 理論、非可換幾何学、および因果的フェルミオン系が含まれます。たとえば、漸近的に安全な重力は、無限に悩まされている計算を解決するような方法で、より小さなスケールに行くと重力の強さが変化する可能性があることを示唆しています.しかし、誰もそのトリックを成功させていません。
この記事は TheAtlantic.com に転載されたものです。
