【宇宙物理】空間はなぜ三次元なのか？ 初期宇宙での「フラックス・チューブ理論」から考察
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英・米・独・ポルトガルなどの国際研究チームは、宇宙誕生後に起きた宇宙の急膨張(インフレーション)のエネルギー源を、ひも状のグルーオン場「フラックス・チューブ」によって説明できるとする説を発表した。空間が三次元であることの必然性も同理論から導かれるとする。
研究には、英エディンバラ大学、米国のチャップマン大学、ヴァンダービルト大学、独ドルトムント工科大学、ポルトガルのアベイロ大学などが参加。研究論文は、「The European Physical Journal C」に掲載された。
グルーオンは強い相互作用(クォークおよびグルーオンの間に働く力)を媒介する素粒子である。原子核を構成する陽子や中性子などの粒子は、強い相互作用で結びついたクォークによってつくられる。このとき、クォーク間でグルーオンが交換されることによって、強い相互作用が媒介されると考えられている。
これは粒子間の電磁相互作用が光子の交換によって媒介されることと似ているが、光子が電荷をもたないため光子同士の間に電磁相互作用が働かないのに対して、強い相互作用の場合には力の媒介粒子であるグルーオン自体が量子色力学(QCD)でいうところの色荷をもっているため、グルーオン同士にも強い相互作用が働く。
グルーオン間の相互作用によって形成されるひも状の場は「フラックス・チューブ」と呼ばれている。陽子や中性子などのハドロン粒子から、クォークやグルーオンなどの素粒子を単独で取り出すことはできていないが、これはクォーク同士を引き離そうとすると長距離でのフラックス・チューブのエネルギーが強くなり、クォークをハドロン粒子内に閉じ込めてしまうためであると説明される。
一方、宇宙誕生直後や、加速器内での重イオン衝突実験などでつくりだされる高温高密度状態では、陽子や中性子にクォークやグルーオンが閉じ込められずに自由に動き出すクォーク・グルーオン・プラズマ(QGP)の状態が実現すると考えられている。実際に、2005年には米ブルックヘブン国立研究所の相対論的重イオン衝突型加速器(RHIC)における実験でQGP状態が再現されたと報告されている。
今回の研究では、宇宙初期における高エネルギーでのQGP状態でフラックス・チューブに何が起こるかが検討された。それによると、このような高エネルギー状態においてクォークと反クォークのペアが大量に生成消滅することによって、無数のフラックス・チューブが形成されると考えられるという。
通常、クォーク・反クォーク対が接触するとフラックス・チューブは消滅してしまうが、これには例外もあり、ひも状のフラックス・チューブが結び目を形成するような場合にはチューブが安定して存在できるようになり、素粒子よりも長く存続するようになる。
たとえば、ある素粒子の軌跡が止め結び(オーバーハンドノット)の形を描いたとすると、それに対応したフラックス・チューブは三つ葉結びの形になる。この状態で結び目をつくったフラックス・チューブは、チューブによって結びついていたもとの素粒子のペアが消滅した後にも残るという。また、複数のフラックス・チューブが連結した場合にも、安定したフラックス・チューブの結び目が形成される。
このような過程を経て、初期宇宙の高エネルギー状態では宇宙全体にフラックス・チューブの固い結び目のネットワークが充満していったと研究チームは考えている。そして、このネットワークがどの程度のエネルギーをもつことになるか計算したところ、誕生直後の宇宙の急激な膨張(インフレーション)が起こるのに必要なだけのエネルギーを供給できることがわかったとする。
一度はじまったインフレーションが急に終わってしまった理由も、フラックス・チューブ理論から上手く説明できると研究チームは主張している。宇宙が急速に膨張していく過程でフラックス・チューブのネットワークが崩壊して分解していくため、宇宙がそれ以上インフレーションを続けるためのエネルギー源が失われるのだという。
フラックス・チューブのネットワークが分解すると、原子以下の粒子と放射線で宇宙が満たされることになり、これがその後の宇宙の進化のもとになったと考えられる。
（>>2につづく）
http://n.mynv.jp/news/2017/10/31/030/images/001l.jpg
http://n.mynv.jp/news/2017/10/31/030/images/002l.jpg
http://news.mynavi.jp/news/2017/10/31/030/ さらに、初期宇宙におけるフラックス・チューブに関する考察は、この世界がなぜ三次元の空間から成っているのかという物理学の根本的な疑問とも関わっている。数学上の結び目理論によれば、フラックス・チューブのような結び目は四次元以上の高次元空間では解けてしまい、結び目として存在できなくなると考えられるからである。
直感的に理解できるように次元を落とし、二次元平面で例えてみる。平面上に描かれた円の中に点をひとつ打ち、円を動かすことによってこの点を円の外に出すことができるかどうかを考えてみる。円が平面上にある場合には、点に円をまたがせないかぎりは円の外に点を出すことはできない。しかし、次元を1次元加えて円が三次元空間内を動けるようにすれば、平面上から円をもちあげ、点を含まない位置まで移動させることは簡単にできるようになる。
これと同じことが三次元空間内の結び目に対しても成り立っており、三次元空間では固い結び目をつくっているひもも、四次元以上の高次元空間では簡単に解けてしまう。したがって、もしも初期宇宙におけるフラックス・チューブのネットワークの充満が、インフレーションの駆動力になったとする今回の研究チームの理論が正しいとすれば、この宇宙は三次元の空間をもつという条件が必要になる。
空間が四次元以上あったとするとフラックス・チューブの結び目が存在できなくなるため、インフレーションによる宇宙膨張もはじまらず、宇宙はいま現在あるような進化をたどることはできなかったはずだ、というわけである。もしも余剰の次元が存在したとしても、それらは極微小のサイズにとどまることになると考えられる。 俺が何を言ってるか解らんと思うが・・・
ポルナレフのAA 略 >>5
妄想と違うのは、数学的にヒモの結びが証明されてることだろうな 三次元3Dをあえて2Dアニメーションに見せることで
CPUとGPUと電池に高負荷をかけてユーザーにストレスを
与えるクリエイターからの嫌がらせだ! 難しく考えすぎって気がする
もっとシンプルに説明してほしい
馬鹿にもわかるように >>16
クォークを繋ぐ運命の赤い糸はどんなに離れてても繋がってる
クォークと反クォークが衝突しちゃうと、赤い糸も消えちゃうけど、たまに関係がもつれる
四角関係(四次元)だと2つのカップルが出来ることはあるが、三角関係(三次元)では関係はもつれたままである 結び目の数が途方もないんだけど、前にガードレールや電柱、鉄柵に結び目付けた事件と関係あるかな？ >>14 理論的には100次元でも 1000次元でも次元は無数に取れる
逆に三次元であるための理由づけがあまりなかった
この理論はその縛りを持ち込んでいる "ひも"だけに・・（ ´,_ゝ｀）ﾌﾟｯ
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http://yamatotakeru999.jp/index.html
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★日本】中国新戦闘機 念力操縦らしい【ピ〜ンチ 余剰次元が極微小ってトコにがっかりだわ
この世界のどこかに多次元人がいたりしないのね 超紐理論やM理論のなぜ余剰次元がプランクスケールなのかという疑問への回答にもなってる こういうのは俺の頭では考えることさえムリなので優秀なお前に任せる。 全然わからないけど
三次元以上はこの宇宙で存在し得ないってことかな 存続させるために3次元に抑えるなんて、フラックスチューブ何様！ つまりあれか
アニメとかだと高次元人の方が強いという風潮があるが
むしろ低次元では存在しえない高次元人の方が弱いってことだな >>33
空間3次元+時間1次元なら結び目は解けない
だから時間次元はあってもいい
空間次元を4以上にとると結び目が結べなくなるという話 1次元と2次元では物質が存在できない
3次元以上の次元がないと何も存在できない どの理論が正しいんだろう
宇宙が3次元で誕生する仕組み、解明へ ― 40年間未解決だった超弦理論の謎、スパコンで解明 ―
https://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/20111222093000/
量子もつれが時空を形成する仕組みを解明〜重力を含む究極の統一理論への新しい視点〜
https://www.ipmu.jp/ja/node/2175 >>1
宇宙は最初は0次元だったけど、ビッグバンと同時に1次元・2次元の広がりを得て、あっという間に3次元の宇宙になったんじゃないかな？
そして今は3次元の宇宙から4次元の宇宙に広がりつつあるのかも知れないよ。 高御産巣日神（たかみむすひのかみ） - 生産・生成の「創造」の神。神産巣日神と対になって男女の「むすび」を象徴する神
神産巣日神（かみむすひのかみ） - 生産・生成の「創造」の神。高御産巣日神と対になって男女の「むすび」を象徴する神 >>46
多くの人は光が三次元だから認識できないと思い込んでるだけで
生まれつき目の見えない数学者は４次元どころかもっと上の次元まで認識できるぞ
その光も本当は４次元方向へ1mmほどズレることがあるらしいけど 素粒子レベルの糸同士はかんたんにお互い貫通してもつれたりしないと思ったけど 色んな物質とかあるけど 単に次元と言う物質的なものが3つ組み合わさって
今の宇宙が出来てるだけな気がする
本当は色んな次元っつう物質が数万種類あってその組み合わせで 宇宙とか 宇宙以外の空間 を形作るだけだったり 空間はなぜ三次元なのか？
人類がそう考えたから
に対して、自問自答する人類 >>51
ちがうよ。
四次元宇宙、五次元宇宙…とあるなかで我々がたまたま三次元宇宙に
生まれたから「なぜ宇宙は三次元なのか」と問うている。
これが四次元宇宙なら彼らはなぜ宇宙が四次元なのかと考えているはず。 余剰次元がなぜ観測されないかって問題の、
かなり筋のいい回答だよね、これ 空間内の移動なんて三次元（縦・横・斜め）あれば十分
四次元もいらんわ ところで四次元以上の世界にも生き物は住んでいるんですかね？ >>47
＞生まれつき目の見えない数学者は４次元どころかもっと上の次元まで認識できるぞ
聴覚とか触覚とかどれも3次元だからその説には懐疑的 ◆
つまり 強い相互作用 が 対称的な動きを示すことで 消えないエネルギーが残る。それがビッグバンのもと？
光子には グル―オンのような相互作用は働かない。
そして
重力は このグル―オンがペアになり 原子核同士をくっつける。 だから 重力が働く。
世界の大元は グル―オン？ ・
結論
◆
宇宙全体が その初期のビックバンから、その後の膨張 そして 原子核や大きな物体間の重力作用まで
すべて 含めて、
グル―オンで溢ふれている。 >>55
生き物どころか、世界が生まれない理由を >>1 は説明している これはでも、別のメカニズムで極小次元が大きくなるのは禁じられてないよね 大学の物理の先生が、
物理学は計算力より想像力が大事ってよく言ってたよ。
まさにそうだな。
>フラックス・チューブのネットワークが分解すると,,,.
全然想像できん。 高校物理はニュートン力学と電磁気学といった古典物理で、お受験計算力の勝負を
やるだけ
大学からの物理は量子力学や宇宙論につながる素粒子物理学とまったく世界が違う
お受験物理の計算がただ得意という多くの偏差値ガリ勉タイプは医学部を選択
想像力豊かな奇才が踏み込むのが大学の物理 受験物理 物理学
X 不適 適
Y 適 不適
Z 適 適
Yはいっぱいいるけど、Xなんかいないよ >>47
はい、もう1mmほど具体的にいってみよう >>71
行列って知ってる？
五次元なら５×５の行列になるだけだよ グルーオン（当初はそんな呼び名もなかったけど）の理解のためにひも理論が考えられる。
それが重力のために26次元だとか言い出して、更に超がついて10次元、そしてＭ理論で11次元。
またグルーオンに立ち戻ることで「空間ってやっぱ3次元っぽいわ、極微のことはわからんけど」
おかしいことは言ってないけど、なんかおもしろい、ロマンだわｗ >>1
人間がそう感じているだけであって、本当に三次元だけなのかは分からない。 チューブはないな
動いている電車の中で三次元を語ったり、ジャンプして距離ゼロとか表現しているようなもの
移動ゼロで重力ゼロの状態で観測しないと、世界が三次元かどうかなんてわからん気がするがな >>77
観測出来ないってことは相互作用を起こさないってことでもあるわけで
俺らは相互作用を起こすものを間接的に観測してるんだから、必然的に3次元で安定する物質しか観測出来ないでしょ
3次元を直接観測するには4次元人にならなきゃ >>76
三次元の意味がわかっていない。たまには勉強しなさい。 >>34
ありきたりだが警察は事前には動かない。
今じゃどこの家庭もSECOMが当たり前の時代なんだから
襲われるのが嫌なら隣にボディーガードを付けとけばいいんだよ。
格安ボディガードのガードドッグなんか時給2500円で付いてくれるから相手が確実に来るときに付けとくだけでもかなりの抑止効果になるよ。 >>75
計算が成り立つ条件を次元数で調整したりしてきただけで、実際には何もわかっちゃいなかった、だけなような。 リサ・ランドール博士の宇宙論と矛盾してるように思うのだが 普通は空間が3次元で時間が1次元だが、
たとえば、時間が2次元のような時空間が
あってはならない理由のようなものはある？ >>83
空間の次元数は基本的に上限は無く、ただ単に物理的な自由度が定義（表現）されるだけです
人間は3次元しか自由度を認識できないために3次元空間に束縛されます。
しかし3次元の空間のほかに2次元の時間軸に自由度を持つことが可能な現象があれば、問題なく存在できるし運動方程式も書けます テフロン加工が四次元構造を持つために、より多くのすき間を持つことが出来て、汚れにくい、って話は有名 >>83
空間４次元（四元数）、時間２次元（複素数）にすると数学的に閉じて落ち着くから
四元数＋複素数で記述する考え方だって問題ないと思う 何も考えてなさそうなスレがたまに入り込んでて萎える
こんなに面白い話なのに 例えば、今自分らがこの世界を感じることが出来ているという事は、三次元+時間軸の四次元を認識できていると言うこと
それはつまるところ、我々の意識体が五次元以上の存在であるという事になる
そんな我々を創り出している存在は、もっと上の次元ということでもある
それでも、やっぱりこの世界は仮想空間でしかないのだけどね
霊体が物質の干渉を受けないのは、肉体を持たないという理由のほかに次元の違いがあるため
さらに言えば、時間軸すら意識の中で移動が可能なため、容姿や年齢が意のままとなる
四次元の空間が存在し得るためには、最低でも11次元以上の次元が存在していなければならない
それは我々には認識ができないため、計算上でしか確認できない お前らが自殺しても異世界転生できないってことはわかった この世界って三次元なん？時間はどこ行っちゃったのさ？ >>96
前に進む反動で後ろに運動することはあっても、時間を進む反動で過去にエネルギーが伝播することないでしょ？
作用反作用は3次元のベクトルで表せるけど、そこに時間は無い
時間は一方通行だから ３つ以上の要因を要因を考慮して予測するならそれは３次元以上を予測している
不確定な要素はその因子を把握できてないからだが少なくとも人は５感を持ち
第六感であるカンや虫の知らせなど微弱な信号すら感じる能力がある
同じスケールで同等の立場で緊迫した環境出ない限りそれは軽視され認識は出来ないだろう お前ら得意げに語っとるが、>>1を理解して
言ってるんだろうな。
まるでお前らの妄想発表会じゃないか いつから3次元だと勘違いしてた？
この世界は１１次元だお
ミクロの世界に多次元が隠されている
量子論の理解不能な現象が起きるには３次元では無理 >>99
皆んな、お前よりは理解できてるんじゃないか？ 鳥「自力では平面移動しかできないのに、空間を語るとは片腹痛い」
イルカ「んだんだ」 ひこうきもせんすいかんもつくったよ
くっしんもできるし 素粒子が四次元体だから全てが四次元なんだけど
人類は三次元までしか認知する能力がない >>104
は不可逆だから三次元なだけで「可逆性」を持つことができれば四次元だよ
人間も、何らかの方法で「若返る」、「生き還える」あるいは「怪我を負っても怪我をする前の状態に戻る（治癒でなくｗ）」様な事ができれば四次元ｗ 人間が認識出来るのは2次元だけどな…
3次元を表すときも、2次元平面を使わないと人は理解できないわけで >>112
紐を四次元で結べば解けない
具体的な結び目のトポロジは二次元の掲示板では紹介できない。スマン 我々はほぼ電磁力を仲介して世の中を見ているから
電磁力の動ける３次元空間しか認識できないのではないか？ >>114
「我々」はその通りだと思います
ただ、電磁気で出て来る複素空間は、それだけで二次元です
次元はスカラの自由度です
通常の3次元のほかに表現すべきスカラとして複素空間がそれぞれの次元に含まれたら、それだけで6次元です
複素空間は次元と言えないのかもしれませんが、行列の基数は5に増えてます 見るんじゃない感じるんだ
お前のその決断が、四次元方向にいる未来のお前の大迷惑になっていると、なぜ感じられない？ さらっと高次元を否定してるね
でもいちばんまともそうなモデル >>118
自然の法則の中に数学が組み込まれているとしか… 数学では平気で
n → ∞
h → 0
とやってるけど（ま、これは当然だが）、
これをそのまま自然・宇宙に適用して
いいのかな？ >>121
少なくとも宇宙は無限大や０を平気で内包してる
そもそも時空間がループしてる可能性だってある
人間が通常扱う数字なんて地球上でしか通用しない程度の軽微なものよ 四次元以上の空間がこの世界に存在するなら、
歩いている時に目に見えない壁にぶつかったり
穴に吸い込まれたりするはず
つまり三次元がこの世の実体でありその他は全て人の妄想 人に感知出来ないものは全て妄想ってのはお前の妄想だとは思わないのかね 「あーそーゆーことね、理解した」と言いながら
実は全然わかってない奴
↓ そもそも次元なんて存在しない
3次元とかいうものは人間が勝手に考えた低レベルな概念でしかない
3次元で解明できるほど宇宙は単純じゃない 人間は時間という概念さえ正確に認識できていないからな。
全て感覚による相対的認識という他無い。
次元も同じ。 人間はそのようにしか認識できないから当たり前だな
何が言いたいのか分からない
人間の認識力で読み解く事を試みる以外に何か出来ることがあるのか >>136
こういう意味不明な奴ってどんな教育受けたんだろ？ ベルトランの定理だったか安定な閉じた軌道は三次元でなければならない こういうのってコンピュータにディープラーニングさせて、答えを出せたりは出来ないの？ >>139
その辺はよくしらんけど1次元の紐を結べるのは3次元しかないてのは自明
絵に描いてみればおそらく小中学生でも理解できる
グルーオンのフラックス・チューブが結び目を作ることによって安定するってのが肝なんだろうけどどういう計算なのかがよくわからない >>140
それで答えが出てもそれを証明できなければ認識できないよ。
所謂AIはそういった類の道具。 >>143
でた、ディープラーニング万能思想
> それで答えが出ても
でねーよ >>145
三次元以上でも問題ないけど量子以上の世界がほぼ三次元要素dsけで動いてるのは、そうじゃないと物質が集まったり、陽子と中性子が結合して物質ができたりっていう確率がぐんと低くなっていまの世界が成立しない。
それをいまわかってることがらだけを集めて検証してる人らがいる。
そこは観念論なんかじゃないよ。
科学読み物でもそのあたりちゃんと解説してる本は結構ある。
元記事すら読まないで観念とか言ってるくらいなら素人向けの本くらい読んでみようよ。 一昔前のSFの妄想レベルで三次元で固く結ばれたひもが、四次元だとほどけることがあるって言うのを、
素粒子レベルでそうなるから、世界は三次元なんだって事かな。 >>147
テグマークの「数学的な宇宙」読め。
タイトルに反してしっかり科学史を解説して、
その上でいまの量子論宇宙のありようを、複数
の学説を並べながら解説してる。 電磁場は見かけ上は3次元のベクトルだが、ゲージ対称性から実質的な自由度は2つ
つまり二次元なのだ。それと同じように、この世の本当の空間が4次元を超えていても、
なんらかの対称性が課されていたとすれば、実質的な自由度が小さくなって、その結果
時空が4次元であるかのように、内側に居る存在の我々には見えているのかもしれない。 ベクトルの外積が定義できるのは1次元,3次元,7次元のベクトルだけらしい. 世界は１８次元だが、ほとんどは時空の裏側に隠されているために観測できない >>152
空間が3次元である謎が解明されたら世界はなぜ18次元なのかを探求することになるのか。
並行して研究されてるのかも知れんけど。 二次元の世界の住人に三次元の世界が認識できないように、
我々も高次元のことは絶対に認識できないらしい
どんなにがんばっても無駄だと 光を越えられないから
モーガンフリーマン時空を超えてで言ってた
光を越えられないから無理っていう意味はわからんけど 似たようなことを昔の学者たちは
「鉄の船が水に浮くはずない」
「機械が空を飛ぶはずない」
「飛行機が音速を超えるはずない」
と言って沢山の論文を書いてきたからなあ
いつかは光速もと期待する ■ このスレッドは過去ログ倉庫に格納されています
