【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/ >>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
