時空が「量子もつれ」から生まれる

Posted by moonrainbow on 01.2015 時空   0 comments   0 trackback
一般相対性理論から導き出される時空は「量子もつれ」が生成

ホログラフィー原理の模式図
【図1】ホログラフィー原理の模式図: 一般相対性理論では、ある時空に含まれる情報は、その内部ではなく表面に蓄えられるとする原理。この原理を用いると、重力の量子化という難問を、空間の表面に住んでいる、重力を含まない別の理論としてより簡単に定式化することができる。 (credit: 大栗博司)

量子もつれと一般相対性理論の間の対応関係
【図2】量子もつれと一般相対性理論の間の対応関係: 赤い点は一般相対性理論の時空における局所データを表す。本研究では青い半球で表される量子もつれによってこれを計算する方程式を導いた。 (credit: Jennifer Lin et al.)

 東京大学国際高等研究所カブリ数物連携宇宙研究機構の大栗博司主任研究員は2015年5月27日、米カリフォルニア工科大学と共同で、一般相対性理論から導き出される重力の基礎となる時空が、「量子もつれ」から生まれる仕組みを具体的な計算によって明らかにしたと発表しました

物理学者と数学者の連携で得られた成果です。一般相対性理論と量子力学の理論を統一する“究極の統一理論”構築への貢献が期待されます

 大栗主任研究員らは、量子効果から時空が生じる仕組みの鍵は、量子もつれであることを見いだしたのです。特に、エネルギー密度のような時空の中の局所データが、量子もつれを用いて計算できることを示しました

 量子もつれは、異なる場所にある粒子のスピンなどの量子状態が独立に記述できないという現象で、アインシュタインは「奇怪な遠隔作用」と呼びました。今回、この量子もつれが重力現象の基礎となる時空を生成することを初めて示したのです

米物理学会誌フィジカル・レビュー・レターズの注目論文に選ばれました

日刊工業新聞
2015年05月28日

リサ・ランドールの五次元の世界

Posted by moonrainbow on 01.2012 時空   0 comments   0 trackback
・・・・・久しぶりの次元の話です・・・・・

リサ・ランドールの五次元の世界【Lisa Randall 】part1



リサ・ランドールの五次元の世界【Lisa Randall 】part2


タイムトラベルは可能か不可能か?

Posted by moonrainbow on 13.2011 時空   9 comments   0 trackback
実験により、タイムトラベルは不可能?


タイムトラベル
 映画『バック・トゥ・ザ・フューチャーPART2』でタイムマシン「デロリアン」に乗り込んだエメット“ドク”ブラウン博士を演じるクリストファー・ロイド。

 映画『バック・トゥ・ザ・フューチャー』のブラウン博士に心酔して「次元転移装置」の開発を考えているなら、やめておいた方が良さそうです。最新の研究によると、実験室で生成した極小サイズの“ビッグバン”を分析した結果、タイムトラベル(時間旅行)がまったく不可能であることが示されました

 光の曲がり方が通常とは異なる先進素材を使って宇宙誕生をシミュレーションしました。実験の結果、「前進する“時間の矢”を後ろ向きに曲げ、既成事実を元に戻す」という現象は実現不可能と示されました

 「タイムトラベルは現実世界で一度も成功していません。今回の新素材により、それが永遠に不可能だと判明した」との事です。

 新しいビッグバン・シミュレーション装置は非常に小さく、幅はわずか20マイクロメートル(0.02ミリメートル)しかないのです。装置を構成する新素材は、金とプラスチックの薄片を交互に組み合わせた人工物質で、いわゆる「メタマテリアル」の一種です。メタマテリアルで光を操れば、“透明マント”の研究や、ブラックホールに閉じこめられた光の再現などさまざまな実験に利用できます

 研究で用いたメタマテリアルは、約137億年前のビッグバン時代の原始宇宙をモデル化するにあたって、十分妥当な素材でした

 メタマテリアルで作られたシミュレーション装置は、独特の光の曲げ方により、理論上の時空間モデル「ミンコフスキー空間」に近づき、3次元の空間に時間の次元を組み合わせた4次元宇宙のモデルとして機能します。メタマテリアルの平面での水平運動はおおむね空間の3次元に相当し、垂直運動は時間経過に応じた動きを示します

 緑色レーザービームを使い、メタマテリアル内でビッグバンに似た現象を発生させる実験を行いました。レーザー光が金原子に当たると、自由電子の振動によって擬似的な粒子「プラズモン」が生成されます

 プラズモンはレーザーがぶつかった点から放射状に外へ広がっていきました。これは、「ビッグバン後、ある一点から物質粒子が放射状に広がった」という宇宙科学の想定に適合します

 観察を続けていくと、放射状に広がるプラズモンが外側に移動するにつれて、経路が“ブレて”いくことがわかったのです。この現象は、「介入がなければ、システムは時間の経過とともに無秩序になる」という「熱力学第二法則」、いわゆる「エントロピー増大の法則」に合致します

 このシミュレーションモデルにおいてタイムトラベルは、「プラズモンが以前に移動した経路とまったく同一の経路に沿って移動し、“輪”を完成させる」現象として表現されます。ところが、エントロピーの影響などにより、プラズモンが経路を一度外れると、輪を描くことはもはや不可能だったのです

 結果として、「宇宙に存在する粒子も時間を逆行できない」という結論が導き出されました

 ただし、今回の研究が完璧には程遠いのです。現実世界にどの程度当てはまるのか、現時点では判断できません。ほかの研究者からは疑問の声が上がっています

 今回の研究成果は、物理学研究のWebサイト「arXiv.org」で2011年4月に公開されています。

Photograph by Bruce Dale, National Geographic

National Geographic Newsより
April 28, 2011

ワームホール

Posted by moonrainbow on 25.2009 時空   2 comments   0 trackback
ワームホール (wormhole) は

時空構造の位相幾何学として考えうる構造の一つで、時空のある一点から別の離れた一点へと直結する空間領域でトンネルのような抜け道である
ワームホール
湾曲した二次元宇宙におけるワームホールの相似

もし、ワームホールが通過可能な構造であれば、そこを通ると光よりも速く時空を移動できることになる。ワームホールという名前は、リンゴの虫喰い穴に由来する。リンゴの表面のある一点から裏側に行くには円周の半分を移動する必要があるが、虫が中を掘り進むと短い距離の移動で済む、というものである。

ジョン・アーチボルト・ホイーラーが1957年に命名した。

ワームホールは、アインシュタイン-ローゼンブリッジとも呼ばれるが、現在のところ、数学的な可能性の1つに過ぎない。シュヴァルツシルトの解で表されるブラックホール解は、周りの物質を何でも呑み込む領域を表すが、数学的にはその状況を反転したホワイトホールも存在する。ブラックホールとホワイトホールを単純に結んでワームホールと考えてもよいが、この場合は通過不可能である電荷を加えたブラックホールでは、通過可能になり得るが、元の場所へは戻ってこられない。また、観測的には、ホワイトホールのような領域の存在を示唆する事実は全くない。

しかし、通過可能なワームホールを考えることは研究上の遊びでもあり、キップ・ソーン(Kip Thorne)らの1988年の論文を端緒に市民権を得ている。小説「コンタクト Contact」を執筆中だったカール・セーガン(Carl Sagan)が、地球外生命との接触が可能になるようなシナリオをなんとか科学的に作れないか、とソーンに話を持ちかけたのがきっかけだったという。ソーンらは「通過可能であるワームホール(traversible wormhole)」を物理的に定義し、アインシュタイン方程式の解としてそれが可能かどうかを調べた。そして、「もし負のエネルギーをもつ物質が存在するならば、通過可能なワームホールはアインシュタイン方程式の解として存在しうる」と結論し、さらに、時空間のワープやタイムトラベルをも可能にすることを示した。ただし、ここでの研究は、現在の技術では制御が難しい高密度の負のエネルギーの存在を前提としており、また、どうやってワームホールを通過するのか、あるいは出口がどこなのかは全くの未知の問題として棚上げされた上での研究である。後に、ソーンの考えたワームホール解は不安定解であることも、数値計算から報告されている。

11次元とは(再掲載)

Posted by moonrainbow on 02.2009 時空   0 comments   0 trackback
縦・横・高さの3次元+時間を加えた4次元の世界に6次元の世界とM理論を加えた11次元時空について

リサ・ランドールの11次元時空は

 ランドールの5次元理論余剰次元理論の一種だが、余剰次元理論はひも理論から出てきた。ひも理論では万物は振動する微小なひもだと考えるが、3次元でひもを振動させると振幅が宇宙規模に広がってしまうので、9次元+時間の10次元時空で振動を考える。10次元時空の振動だときれいに振幅がおさまるそうだが、3タイプのひも理論ができてしまった。その後、次元を1増やして11次元時空を考えると、3タイプのひも理論が統一的に理解できることがわかった。これをM理論という。10次元時空の3つのひも理論は、11次元時空のM理論の特殊な場合というわけである。

続きは、、、 

 

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