ニュートンがリンゴと外典的に遭遇して以来、私たちは重力について知っていましたが、まだそれを理解するのに苦労しています.自然界の他の 3 つの力はすべて量子場の活動によるものですが、重力に関する私たちの最良の理論は、それを曲がった時空として説明しています。何十年もの間、物理学者は場の量子論を使って重力を説明しようと試みてきましたが、それらの努力はせいぜい不完全です.
これらの取り組みの中で最も有望なものの 1 つは、重力をホログラムのようなものとして扱うものです。これは、平らな 2 次元の表面から飛び出す 3 次元効果です。現在、そのような理論の唯一の具体的な例は AdS/CFT 対応であり、共形場理論 (CFT) と呼ばれる特定の種類の場の量子論が、いわゆるアンチ ド シッター (AdS ） スペース。 AdS 空間の奇妙な曲線では、有限の境界が無限の世界をカプセル化できます。この理論の発見者であるフアン・マルダセナは、それを「ボトルの中の宇宙」と呼んでいます。
しかし、私たちの宇宙はボトルではありません。私たちの宇宙は（大部分）平らです。私たちの平らな宇宙を含むボトルは、時空間的に無限に離れている必要があります.物理学者は、この宇宙カプセルを「天球」と呼んでいます。
物理学者は、AdS 空間の曲線のない世界で重力を発生させることができる CFT のルールを決定したいと考えています。彼らはフラット スペースの CFT を探しています — 天体の CFT です。
天体 CFT は、対応する AdS/CFT の理論よりもさらに野心的です。無限半径の球体に住んでいるため、空間と時間の概念が崩壊します。結果として、CFT は空間と時間に依存しません。代わりに、空間と時間がどのようになるかを説明できます.
最近の研究結果は、物理学者が正しい道を進んでいるという希望を与えています。これらの結果は、基本的な対称性を使用して、この CFT がどのように見えるかを制限します。研究者は、これらの対称性の間に一連の驚くべき数学的関係を発見しました。これらの関係は、特定のひも理論で以前に登場したものであり、関係が単なる偶然ではないのではないかと考える人もいます.
ニュージャージー州プリンストンにある高等研究所の理論物理学者であるニマ・アルカニ・ハメドは、「ここには非常に大きくて驚くべき動物がいます。 「私たちが見つけようとしているものは、うまくいけば、かなり驚くべきものになるでしょう。」
球の対称性
おそらく、物理学者が自然の基本的な力を調べる主な方法は、粒子を爆発させて何が起こるかを確認することです。これの専門用語は「散乱」です。大型ハドロン衝突型加速器などの施設では、粒子は離れた場所から飛来し、相互作用してから、量子力によって決定された変換状態で検出器に飛び出します。
相互作用が重力以外の 3 つの力のいずれかによって支配されている場合、物理学者は原則として、場の量子論を使用してこれらの散乱問題の結果を計算できます。しかし、多くの物理学者が本当に学びたいと思っているのは重力です。
幸いなことに、スティーブン ワインバーグは 1960 年代に、特定の量子重力散乱問題 (低エネルギーの重力子を含む問題) を計算できることを示しました。ハーバード大学のモニカ・ペイトは、この低エネルギー限界で「私たちは行動を釘付けにしました」と語った. 「量子重力は一般相対性理論の予測を再現します。」プリンストン大学の Pate と Sabrina Pasterski のような天体ホログラファーは、これらの低エネルギー散乱問題を出発点として使用して、仮説的な天体 CFT が従わなければならない規則のいくつかを決定しています。
彼らは対称性を探すことによってこれを行います。散乱の問題では、物理学者は散乱の積 (「散乱振幅」) を計算し、それらが検出器に当たったときにどのように見えるかを計算します。これらの振幅を計算した後、研究者は粒子が検出器上で作成するパターンを探します。これは、散乱プロセスが従わなければならない規則または対称性に対応しています。対称性は、検出器に特定の変換を適用する場合、散乱イベントの結果が変更されないままであることを要求します。
量子相互作用が対称性につながる散乱振幅に変換できるように、量子重力に取り組んでいる研究者は、散乱問題を天球上の対称性に変換し、これらの対称性を使用して天体 CFT ルールブックを埋めようとしています。
「私たちは、辞書の基本的な構成要素から始めようとしています」と、対称性に言及しながら Pasterski 氏は言いました。
11 月、ハーバード大学のアンドリュー ストロミンガーが率いるグループは、天体 CFT が従わなければならない「対称代数」について説明する論文を発表しました。代数は、異なる対称変換を組み合わせて新しい変換を形成する方法を決定します。変換の構成の構造を研究することにより、Strominger と Pate を含む彼の同僚は、潜在的な CFT をさらに制限することに成功しました。彼らは、天球上の対称性のグループが、徹底的に研究され、十分に確立された代数に従うことを発見しました。この代数は、特定のストリング理論にすでに登場しており、量子ホール効果などのよく知られた量子システムの記述に関連しています。 /P>
ケンブリッジ大学の理論物理学者であるデビッド スキナーは、次のように述べています。
無限の問題
無限遠の球に適用できる理論があると、問題が発生します。一緒になって散らばる 2 つの粒子を考えてみましょう。それらがゼロ以外の角度で散らばると、無限遠の天球に到達するまでに、それらも無限に離れます。距離の概念が崩れます。私たちの通常の理論は局所性に依存しており、オブジェクト間の相互作用の強さは互いの距離に依存します。しかし、すべてが他のすべてから無限に離れている場合、CFT は局所性を超越する必要があります。
さらに困惑するのは、過去と未来の両方で無限に遠い天球上の時間の概念とは何ですか?ここでは意味がありません。
Arkani-Hamed は、空間と時間の概念が天球上で崩壊するという事実を、バグではなく機能であると考えています。それは時空をより基本的な理論の緊急特性として説明する可能性を提供します.
熱意を抑える人もいます。 「エキサイティングだと思いますが、先は長いと思います」とスキナーは言いました。 「克服しなければならない大きな課題がいくつかあります。」
Arkani-Hamed は同意しません。 「すべては、問題が何であるかを把握し、理解することです。しかし、賭け金も同様に高いです。」
