「余剰次元」と逆二乗則の破れ 我々の世界は本当に三次元か？

村田次郎

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万有引力の法則を検証し、高次元宇宙を探し出す。ミクロの世界では重力が存在するのか、じつはまったく確認されていない。もし実験で万有引力の法則からのずれが見つかれば、それは重力が余剰次元にも伝播していることを示唆し、四つの力の統一という現代物理学最大の目標に向けた突破口となる。余剰次元探索の最前線に立つ著者が最新の考え方と実験の現場を紹介する。(ブルーバックス・2011年2月刊)

• カテゴリ: ビジネス・実用
• ジャンル: 学術・語学 / 理工
• 出版社: 講談社
• 掲載誌・レーベル: ブルーバックス
• タイトル: 「余剰次元」と逆二乗則の破れ 我々の世界は本当に三次元か？
• タイトルID: 254870
• ページ数: 256ページ
• 電子版発売日: 2014年04月04日
• コンテンツ形式: EPUB
• サイズ(目安): 69MB

[ブクログ · ★★★★★]

重力やクーロン力の強さが距離の逆二乗に比例するというのはよく知られた教科書的な事実であると思っていたのだが、その逆二乗則が0.1mm程度の範囲では破れている可能性があるというので驚きである。
確かに、それを検証した人はいままでいなかったかもしれない。それは技術的な難しさもさることながら、逆二乗則であれば現実の天体の運動を数式で記述、予測できるという驚きですっかり信じ込んでいたためとも考えられる。
なぜ逆二乗則が成り立たないのか、現在どのような実験がすすめられているかといったことに関して本書は分かりやすく説明している。


本書の内容とはずれるが、ドラクエのあの南極から北極に移動できる世界はトーラスであるということがよく分かった。

[ブクログ · ★★★★★]

マイクロメートルという肉眼でも見えるサイズの余剰次元についての提案は「プランク長さ」の話ばかりのこの分野で、とても魅力的に思えました。

[ブクログ · ★★★★★]

　実験屋さんの書いたＡＤＤ模型の解説本。空間は三次元でなく，1mm程度より小さい領域では五次元かもしれないという話。洗練されていく近距離重力の実験でそれが検証できるかも？
　そもそも重力や電気力などの力の大きさが，距離の二乗に反比例するという逆二乗則は，空間が三次元であることから説明できる。質量や電荷などの荷量から出る力線の密度が，距離の二乗に反比例するからというキレイな説明だ。 ちなみに逆二乗則の発見はニュートンの万有引力の法則が最初。
　場の量子論の考えでは，力は仮想的な媒介粒子による運動量のやり取りで生じる。この考えでも，空間中の力線密度と同様の幾何学的な説明が成り立つ。ｎ次元空間であれば，力は距離のｎ－１乗に反比例することになる。ただし，これは媒介粒子に質量がないとき。
　弱い力を伝えるウィークボゾンのように，媒介粒子に質量があるときは，力の到達距離が短くなる。また，真空のゆらぎから粒子反粒子対の生成消滅の効果として，真空偏極という現象もある。これらを考慮に入れると，力の法則の一般形は，（真空偏極）×（ベキ乗則）×（湯川型減衰）となる。
　地上で初めて重力を測定したのが18世紀の物理学者キャベンディッシュ。電気力は大きいのでそれより前にクーロンが測定していたが，キャベンディッシュはクーロンの発明したねじれ天秤を改良して微小な重力を測定することができた。この実験から地球の質量を求めることができたのは有名な話。
　本当は，当時万有引力の法則は，天体間距離のスケールくらいでしか検証されていなかったので，それが実験室スケールでもあてはまるという仮定は根拠に乏しかったのだが，今ではこの仮定は正しかったことがわかっている。現在は，さらに小スケールにおける逆二乗則の検証が試みられている。
　キャベンディッシュの実験は20cm程度の距離だったが，これを縮めていくのはかなり難しい。重力がとんでもなく小さいから，わずかな振動や帯電も相対的に大きなノイズとなり，それに埋もれて精度が出ないから。それを排除すべく巧妙な実験が設計されている。現代のキャベンディッシュたち！
　ＡＤＤ模型によれば，重力が他の力（電磁力，弱い力，強い力）に比べて極端に小さいことの説明がうまくできるそうだ。余剰次元がミリメートル程度まで広がっているとすると，それを境に微小距離では逆二乗則が成り立たなくなってくる。それが実験で検出できるか否か，きわどいところ。
　超ひも理論で空間が十次元て説があるのは聞いていたが，余剰次元はプランク長さくらいのスケールでコンパクト化されているのが常識だった。1998年のＡＤＤ論文は，この常識を覆すもので，物理学者たち仰天したという。目に見えるミリ単位で余剰次元が存在するとしたらすごい。進展に注目したい。

[ブクログ · ★★★★★]

重力は余剰次元を証明する鍵となるのか。この世が三次元空間ではない事は、超弦理論などでも予想されている事だが、重力という非常にやっかいなものに挑戦する様子が、本書では生き生きと描かれている。
著者は、気鋭の実験物理学者であり、非常に面白いストーリーで話が展開され、難しいながらもわかりやすく書かれている。力の法則など読んでいて、「こういうことだったのか」という再発見もあり面白かった。
学生時代に読んでいたら、著者の研究室で研究したいと感じた一冊であった。

[ブクログ · ★★★★★]

0.1mm以下の世界の重力ってどんな状態?
余剰次元ってほんとうにあるの？
4つの力の統一がおきたらどうなるの？
物理の知識まるでなしの私もワクワクした。

実験の様子が楽しそうで羨ましい。
子供の時からこういう理科の先生に出会っていたら、理系離れなんて起きないんじゃないなと思うくらい。

[ブクログ · ★★★★★]

2012.1.20-2012.10.21
重力、クーロン力などで見られる逆二乗則は、我々の生きる世界が三次元であることを示す。しかし、量子力学の世界で現れる「強い力」や「弱い力」は、この法則には従はない。また、重力は他の諸力に比べて桁違ひに弱いといふ階層性がある。
これらの問題を超えて全ての力を統一するために1998年に提唱されたADD模型が主張する「余剰次元」が本当にあるのかを、1mm以下の短い距離で働く重力を精密に測定することで確かめようといふ話。
宇宙論、量子力学などの歴史から、最近の動きまでを分かりやすく纏めてゐて、素人なりにとても勉強になつた。20年位前には、物理学が停滞してゐるといふ議論が行はれてゐたが、測定装置の進歩で、活気を取り戻したやうだ。
著者村田次郎氏の工夫した装置で、最先端の問題を学部の学生が研究してゐるといふのも素晴らしい。こんな先生に教へて貰へる立教の学生は幸せだ。

[ブクログ · ★★★★☆]

話の内容的には、余剰次元と言うよりは4つの物理力の研究を物理史に基づいて説明している。ただ歴史とともにこの研究を説明しないとADD模型や力の統一理論が「なぜその予想に至ったか」が見えてきづらい。実際、余剰次元の一般的な説明だと研究の理由がボンヤリしてしまう。その意味で本書は近代物理の研究対象の潮流を紐解きながら、上手く説明できていると思う。
著者自身が物理屋として実験に日々悪戦苦闘しており、文章にその情熱を垣間見る事が出来る。和製サイモン・シンとは言わないまでも中々の名著。

[ブクログ · ★★★★☆]

万有引力の法則とクーロンの法則。どちらの法則も逆二乗則をとっている。しかし、原子核内ではこの逆二乗則に沿わない力が働いているという。われわれの世界は本当に三次元か？強い力、弱い力、重力、電気力の４つの力の法則を統一することはできるのか？不思議な世界だ。

[ブクログ · ★★★★☆]

最新の物理学によれば、この世は（我々の宇宙は）１１次元で出来ていて、重力は三次元に留まらず、残りの見えない次元方向に漏れなく広がっていくはずなので、近距離では逆自乗則から外れるはずだ。それを計測しようという試みについて記述した本です。

そんな馬鹿なと普通の人は思うかもしれませんが、最近の物理学では高次元空間の存在が定説になりつつえります。だかは実に面白かった。

逆自乗則からのずれが測定できれば、間違いなくノーベル賞だと思います。期待しましょう。

[ブクログ · ★★★★☆]

近距離重力測定実験に関する工夫はおもしろい。しかし、あれ？あれ？タイトルに期待して、読んだが、まだ余剰次元は見つかって無くて、逆二乗則も破れてない、という結論だった。でも、可能性に賭ける意気込みはすごい。記述も分かりやすかった。随所に数値計算が丁寧に展開されていて、すっきり感もある。

・地球は１センチメートル以下にするとブラックホール化する。
・不確定性原理から、一時的であれば、一定の質量、エネルギーを持った粒子が発生しても良い：仮想粒子
・真空偏極：真空に電荷粒子を一つ置くと量子力学的には性質が変わり、あたかも物質のように振る舞う。→くりこみ理論の登場が必要
・くりこみ理論は、ある距離での電荷の大きさを用いて、別の距離での電荷の値を相対的に計算する手法で、無限大となる原点の値を計算の出発点として必要としていない。