スパコンで証明「超弦理論」 宇宙はビックバン前に9次元、いま3次元空間へ

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世紀の一大発見のようです。

■ 宇宙が3次元で誕生する仕組み、解明へ  平成23年12月22日
  ― 40年間未解決だった超弦理論の謎、スパコンで解明 ― 
     大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 静岡大 大阪大
     http://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/20111222093000/
 【発表の骨子】
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構(KEK)、静岡大学、大阪大学からなる研究チームは、計算機シミュレーションを用いて、超弦理論(ちょうげんりろん)※1の予言する10次元(空間9次元、時間1次元)から3次元空間を持つ宇宙が誕生する様子を解明することに、世界で初めて成功した。 ・・・ 



わりと、わかりやすい説明が、こちら

■ 宇宙が3次元になった仕組みを説明   NHK ニュース
http://www3.nhk.or.jp/news/html/20111222/t10014824051000.html

現在の宇宙空間が「タテ・ヨコ・高さ」の3つの次元からなる姿になった仕組みを、日本の研究グループが、世界で初めて、スーパーコンピューターによる計算で説明することに成功し、どこかに存在する可能性が指摘されている「別の宇宙」の研究にもつながるものとして注目されています。

私たちの宇宙の姿は「タテ・ヨコ・高さ」の3つの次元から出来ていますが、 現代物理学の理論では、137億年前にビッグバンによって宇宙が誕生する前の極めて微小な空間には、ほかに6つの次元があったとされ、なぜ3つの次元になったのかが謎になっています。

茨城県つくば市にある高エネルギー加速器研究機構などのグループは、ビックバンが起きる前に、9つあった次元がどのように変化したのか調べるため、独自の計算式によって、ことし2月から京都大学にあるスーパーコンピューターで分析を進めてきました。

その結果、9つの次元のうち、「タテ・ヨコ・高さ」の3つだけが急速に膨張して、残りの6つの次元は膨張せずに小さいままとどまったことを、世界で初めて計算によって説明することに成功したということです。

次元は宇宙空間の広がり方を決める基本的な材料とも言える存在で、 さまざまな次元の実態が解明できれば、私たちの宇宙以外にも「別の宇宙」が存在するのかという謎にも迫れる可能性があります。研究グループは、今回の計算方法を発展させると残りの6つの次元の解明につながる可能性もあるとして、研究を進めることにしています。この研究成果は、来年1月4日にアメリカの科学誌「フィジカル・レビュー・レターズ」のオンライン版に掲載されます。 




そして、も一つ

■ 宇宙はなぜ3次元 超ひも理論で解明、高エネ研など   日経

高エネルギー加速器研究機構などの研究グループは、究極の物理理論と期待される「超弦(超ひも)理論」で、3次元空間の宇宙が誕生する過程をスーパーコンピューターのシミュレーションで解明した。
同理論は 空間が9次元 と予測しており、我々のいる宇宙が なぜ3次元なのか が40年近く大きな謎だった。

 静岡大学、大阪大学との共同研究成果で、1月4日に米物理学会の専門誌フィジカル・レビュー・レターズ(電子版)に掲載される予定。 超弦理論は物質などの最小単位である素粒子を点ではなく1次元的な広がりを持つ「ひも」と考える仮説。自然界に存在する4つの力をまとめて説明できるため、現在の素粒子物理学の基礎になっている「標準理論」を超える究極の理論になると注目されている。 ただ、超弦理論では「空間9次元・時間1次元」と予測され、我々の宇宙が「空間3次元・時間1次元」になっている理由をどう説明するかが、重要な課題だった。
研究グループは従来より正確なシミュレーションの計算手法を確立。
宇宙誕生時の様子を解析したところ、空間9次元のうち3次元の方向だけ膨張し始めることを世界で初めて突き止めた。懸案だった謎が解けたことで、同理論の研究が今後加速する見通し。



■ 3次元の宇宙誕生を再現 高エネ研などが成功  2011.12.22 産経

宇宙が3次元で誕生する様子を高エネルギー加速器研究機構と静岡大などの研究チームがシミュレーションで再現することに成功した。宇宙空間を「9次元」と考える最先端理論を使って、現実の3次元の世界が生まれる瞬間を初めてとらえた。宇宙論の発展につながる成果で、米物理学会誌電子版に来年1月4日に掲載される。

 研究チームは、物質を構成する最小単位の素粒子は丸い粒ではなく、ひも状のものだと考える「超ひも理論」に基づき、約137億年前の宇宙誕生の様子を数値計算した。

 超ひも理論はノーベル賞受賞者の南部陽一郎氏らが約40年前に提唱した「ひも理論」を発展させたもので、物質や宇宙の根源的な謎を説明する理論として広く支持されている。しかし超ひも理論は宇宙を「9次元の空間と時間」で定義しており、現実の3次元の空間とどう結びつけるかが長年の課題だった。

 研究チームは、時間の経過に伴い宇宙空間がどう変化するかを探る新手法を開発し、スーパーコンピューターで解析。その結果、初期は非常に小さい9次元の空間だったが、あるとき3つの方向だけが自然に急拡大し、膨張し始めることを発見した。これが3次元の宇宙誕生の瞬間という。

 残る6次元は現在も小さい状態のままで収まっており、人間は感じることさえできない。同機構の西村淳准教授は「超ひも理論を現実の空間と結びつけられたことで、宇宙の始まりから終わりまでの理解に弾みがつく」と話している。

宇宙空間を「9次元」と考える最先端理論




3次元なら わたしもわかります。
「タテ・ヨコ・高さ」 !

4次元は、+ 時間 とか でしたっけ?

で、5次元?、6次元?、7次元?、8次元?、9次元?

私たちの宇宙の姿は「タテ・ヨコ・高さ」の3つの次元から出来ていますが、 現代物理学の理論では、137億年前にビッグバンによって宇宙が誕生する前の極めて微小な空間には、ほかに6つの次元があったとされ、なぜ3つの次元になったのかが謎になっています。 ・・・ 



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◆ スパコンで証明「超弦理論」 宇宙はビックバン前に9次元、いま3次元空間へ
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リンク切れ、記事削除のときの自分用資料



■ 宇宙が3次元で誕生する仕組み、解明へ   平成23年12月22日
  ― 40年間未解決だった超弦理論の謎、スパコンで解明 ― 
       大学共同利用機関法人 高エネルギー加速器研究機構 静岡大 大阪大
       http://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/20111222093000/
【発表の骨子】
大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構(KEK)、静岡大学、大阪大学からなる研究チームは、計算機シミュレーションを用いて、超弦理論(ちょうげんりろん)※1の予言する10次元(空間9次元、時間1次元)から3次元空間を持つ宇宙が誕生する様子を解明することに、世界で初めて成功した。 

概 要

ビッグバン宇宙論によると、宇宙は約137億年前、目に見えないほどの小さな点から大爆発とともに生まれたと考えられる。この理論は、宇宙背景輻射(うちゅうはいけいふくしゃ)※2や元素の組成などの観測データによって強く支持されている。一方、宇宙全体が小さな点であるような状況は、アインシュタインの一般相対性理論の適用限界を超えており、宇宙が実際どのように誕生したかを明らかにすることは、これまで成功していなかった。
素粒子の究極理論とされる「超弦理論」においては、すべての素粒子を極めて小さな「弦」の様々な振動のしかたとして表すが、その中には重力を媒介する粒子も含まれ、一般相対性理論を素粒子のスケールまで自然に拡張することができる。このことから超弦理論を用いれば、宇宙誕生の様子を解明できると期待されているが、弦の間に働く相互作用が強いため具体的な計算は難しく、様々なモデルやシナリオに基づく議論がなされる状況がこれまで続いていた。
特に、超弦理論においては、9次元※3の広がりを持つ空間が予言されており、我々の住む3次元空間とどう折り合いがつくのかは、大きな謎だった。
今回、西村淳(高エネルギー加速器研究機構・准教授)、土屋麻人(静岡大学・准教授)、金相佑(大阪大学・特任研究員)からなる研究チームは、超弦理論に基づき、宇宙誕生の様子をスーパーコンピュータによってシミュレーションすることに成功した。その結果、宇宙は最初9次元の空間的な広がりを持っていたが、ある時点で3方向だけが膨張し始めることが示された。
なお、本研究成果は、米国の科学誌『フィジカル・レビュー・レターズ』に2012年1月6日号(オンライン版1月4日)掲載予定である。

【研究内容】

本研究では、弦の相互作用を表す、大きなサイズの行列(IKKT行列模型※4)を効率的に数値計算する手法を確立し、超弦理論に現れる9次元空間の様子が、時間とともにどう変化するかを計算した。図は、9方向の空間的な広がりを、時間の経過に対してプロットしたものである。宇宙の始まりに向かって過去に遡ると、確かに空間は9次元的に広がっているが、ある時点を境にして、3次元方向だけが急速に大きくなることが示された。この結果により、超弦理論の予測する9次元空間から、実際に我々の住む3次元空間が出現することが、世界で初めて解明された。
今回の計算には主に、京都大学基礎物理学研究所のスーパーコンピュータ「日立 SR16000」(理論演算性能 90.3テラフロップス)が用いられた。

【本研究の意義】

一般相対性理論を素粒子のスケールまで拡張する究極理論として、超弦理論が提唱されてから40年近くになるが、具体的な計算の難しさから、その実在性や有用性は明らかでなかった。本研究成果により、時空の次元の謎に対して新しい理解が得られたことは、超弦理論の実在性を示すものである。また本研究により、コンピュータを用いた超弦理論の新しい解析手法が確立したことは、この理論を様々な問題に応用する可能性を切り開くものである。例えば、宇宙初期に起こったと考えられているインフレーション※5や、今年のノーベル物理学賞の対象となった宇宙の加速膨張※6などの理論的解明が挙げられる。また、宇宙観測で示唆される暗黒物質や、LHC実験による発見が期待されるヒッグス粒子※7など、素粒子理論に残された謎の解明において、超弦理論がさらに発展し、重要な役割を果たすことが期待される。

 ・・・

【用語解説】

※1:超弦理論
素粒子の間に働く基本的な相互作用としては、電磁気力、弱い相互作用、強い相互作用、重力の4つが存在する。重力以外の3つの相互作用を記述する理論は存在するが、重力を含めた素粒子理論に関しては、現在も様々な研究が進められている。超弦理論では、すべての素粒子を、一次元的な拡がりを持ったもの(「弦」)の様々な振動モードと考えることによって、重力を含めた4つの相互作用を統一的に記述することが可能になる。

※2:宇宙背景輻射
宇宙のあらゆる方向から、ほぼ一様に降り注ぐマイクロ波のこと。「ビッグバンの残り火」とも称され、宇宙が大爆発に始まり膨張し続けているとするビッグバン宇宙論の有力な証拠の一つとされる。1964年に米国のペンジアスとウィルソンによって偶然発見され、この業績により彼らは1978年にノーベル物理学賞を受賞した。現在、米航空宇宙局(NASA)が打ち上げたWMAP(ウィルキンソンマイクロ波異方性探査機)によって、より精密な観測が続けられており、その観測結果は宇宙論に大きな変革をもたらしてきた。

※3:9次元
我々の住む空間は3次元の広がりを持っているが、超弦理論では、空間が9次元でないと量子力学と矛盾することが知られている。したがって、9次元のうち、3次元以外の6次元空間は見えなくなっている必要がある。その代表的な方法として、余分な6次元空間を非常に小さく丸める「コンパクト化」が挙げられるが、その仕方が無数に存在することが、問題点の一つであった。

※4:IKKT行列模型
KEK理論グループの共同研究として石橋延幸(現:筑波大学)、川合光(現:京都大学)、北澤良久(現:KEK)、土屋麻人(現:静岡大学)が1996年に提唱した超弦理論の新しい定式化(IKKTは、4人の名前の頭文字を表す。)。超弦理論の従来の定式化は、弦の相互作用が弱い場合にのみ有効であるため、現実の物理現象への応用に適していなかった。IKKT行列模型は、大きなサイズの行列を基本的な力学的自由度としており、弦の相互作用が強い場合にも有効な定式化として考案された。これまでの研究では、技術的な理由のため、時間を虚数として扱う解析がなされており、その限りでは現実世界との関係性は明らかでなかった。本研究は、時間を実数として扱う解析の技術的困難を克服し、具体的な計算を行うことにより、宇宙論へ応用した初めてのものである。

※5:インフレーション
宇宙誕生後のごく短時間に起こったと考えられている、急激な加速膨張のこと。1980年代初頭に、佐藤勝彦(現:自然科学研究機構長)や米国のアラン・グースらによって初めて提唱された。インフレーションは、ビッグバン宇宙論における様々な問題点を自然に解決できる上、宇宙背景輻射の詳細な性質を正しく説明できるなどの成功を収めている。一方、インフレーションが起きる機構に関しては、様々なモデルが考案されているものの、超弦理論のような基礎的な理論からインフレーションを導出することは、重要な課題として残っている。

※6:宇宙の加速膨張
ビッグバン宇宙論によると、宇宙は約137億年前に誕生して以来、膨張を続けている。従来、この宇宙膨張は減速していると考えられていたが、ここ十数年ほどの宇宙観測のデータから、現在の宇宙膨張は加速していることが明らかになり、注目を集めている。2011年のノーベル物理学賞は、Ia型の超新星爆発の観測により、加速膨張の発見に寄与した業績に対して贈られることになった。一方、この加速膨張は、膨張しても密度が薄まらない謎のエネルギー(暗黒エネルギー)が、宇宙の全エネルギーの70パーセント以上を占めることを意味しており、理論物理学的観点からの解明が必要とされている。

※7:LHC実験による発見が期待されるヒッグス粒子
LHCとは、2008年の秋に、ジュネーブの郊外にある欧州原子核研究機構(CERN)にて稼働を開始した世界最大の加速器、大型ハドロン衝突型加速器(Large Hadron Collider)の略称であり、LHC実験とは、その加速器を用いて行われている実験の総称である。LHC実験の最大の目的の一つが、素粒子の標準模型において唯一未発見のヒッグス粒子を発見し、それに関連した素粒子理論の問題に対する手がかりを得ることである。ヒッグス粒子は、素粒子に質量を与える機構のために導入された粒子であるが、重力を含めた素粒子理論の観点からは不自然な点もあり、実験および理論の両面からの解明が待たれる。

 ・・・ 




専門的な内容を、わかりやすく伝えようとしてくれていることが伝わる
親切な いいHPでした。
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