鏡を見ると、あなたが見ているイメージはあなたによく似ていますが、まったく同じではありません。右手を上げると、ミラーセルフが左を上げるからです.さらに、鏡像は単に反射光の集まりであり、背後に物理的な物体はありません。これらの違いにもかかわらず、あなたとあなたの反射の間に重要なつながりがあることがわかります.
このタイプのミラー関係は、おなじみの強力な対称形式です。左側が右側を反映しているため、バレンタイン ハートは左右対称であると言えます。しかし、あなたの鏡像の対称性は異なり、より深いものです。左右の形がたまたま似ているため、ハートは左右対称です。あなたとあなたの反射の間の対称性は、物理法則によるものです。光の性質は必要 あなたの反射はあなたに対称的です。これは、二元性として知られる強力で微妙なタイプの対称性の例です。
二元性とは、一方の特性が他方の特性を定義する、2 つのものの間の接続です。たとえば、本がテーブルの上に置かれていて、表紙に釘が上向きにテープで留められていると想像してください。本をどのように持っていても、爪は表紙から外側に向いています。釘が向いている方向がわかれば、本の向きもわかります。本の向きがわかれば、釘がどこを指しているかがわかります。このように、釘と本の間には二重性があります。
では、釘が本の向きを決めるのでしょうか、それとも本が釘の向きを決めるのでしょうか?無意味な質問に思えます。ネイルと本の二重性は、一方のオブジェクトが他方の方向を決定するということではなく、ネイルと本の 2 つの基本的な特性の間に存在する接続に関するものであり、どちらも他方によって引き起こされるものではありません。光は粒子なのか波動なのかと尋ねられたとき、量子論について同じことが言えます。
粒子と波の二重性は、量子論の中心的な部分です。光は明らかに波です。光にはその色を決定する波長があり、光波は互いに相互作用してレーザーのようなものを生成できます。光も明らかに粒子です。離散した光子として原子と相互作用します。単一の光子は、ビリヤード ボールのように偏向できます。粒子と波の二重性は、光のような量子オブジェクトが粒子と波の側面の間に対称性があることを意味します。それらは、波の性質を持つ粒子と粒子の性質を持つ波です。それらは両方であり、どちらでもありません。量子論の威力は、粒子と波動を区別する必要がないことです。それらは、粒子と波の性質の間に二重性を持つ単純な量子オブジェクトです。
おそらく、物理学における最も強力な二重性は、ホログラフィック原理として知られています。この原則は、宇宙が実際であるという考えとして誤解されることがよくあります。 ホログラムですが、空間のボリュームとそのボリュームを囲む表面の間には二重性があると言う方が正確です。ホログラフィックの原理は、空間の領域内に含まれるすべての情報は、それを含む表面の情報によって決定できると述べています。数学的には、これは空間の体積が表面のホログラムとして表現できることを意味し、それがこのアイデアの名前の由来です。
このアイデアは、最初に思ったほどクレイジーではありません。入り口に警備員がいるホテルを想像してみてください。ホテルに出入りする人は誰もが警備員を通過しなければならないので、彼は出入りする人の数を数えて、ホテルに何人いるのかを知ることができます.このように、ガードによって (表面で) 収集された情報は、(ボリューム) 内の数について教えてくれます。 (この例は、すべて を考慮するよりもはるかに単純です) 3 次元空間内の情報の一部ですが、この情報が表面にどのように刻印されるかを示しています。)
ホログラフィックの原理は、その考えを一般的なボリュームとサーフェスに拡張し、ブラック ホールから宇宙論まですべてに適用されます。たとえば、ブラック ホールの場合、ブラック ホールの近くでは重力が強すぎて光を逃がすことができないため、内部を観察することはできません。しかし、ブラックホールには事象の地平線と呼ばれる「表面」があり、その外側のすべてを観測することができました。したがって、事象の地平線近くの情報から、ブラック ホールの内部を理解することができます。
それは宇宙がホログラムであるということですか？そうではありません。それは二重性があることを意味します:私たちのものは、ホログラムの特性を持つ宇宙、または宇宙の特性を持つホログラムです。数学的形式では、どちらか一方を区別する必要はありません。これが、ホログラフィック原理に力を与えるものです。
もちろん、私たちは鏡を見てこのアイデアにたどり着きました。私たちと私たちの反射との間の二重性は、鏡の中の画像が私たちと同じくらい現実的であることを意味しますか?ある意味そうです。鏡を想像してみてください。あなたは実在し (鏡に映ったあなたのイメージではなく、鏡に映されたあなた自身の物理的なバージョンです)、あなたは単なる反射です。左と右の意味は逆になり、時計の文字盤は時計回りではなく幅広に動きますが、基本的な物理は同じです。あなたとあなたの反射との間の二重性は、私たちが鏡の宇宙を説明するのと同じくらい簡単に説明できることを意味します.
Brian Koberlein は、ロチェスター工科大学の天体物理学者で物理学の教授です。ブログ One Universe at a Time で天文学と天体物理学について書いています。 Twitter @BrianKoberlein で彼を見つけてください。
視聴: MIT の物理学者である Max Tegmark は、一握りの数字がどのように宇宙の誕生を説明できるかを説明しています。
この古典的な Facts So Romantic の投稿は、もともと 2014 年 5 月に公開されたものです。
