この宇宙の出来事はすべて「弦」同士の反応でできている!?究極物質の反応を表す「世界面(ワールドシート)」とはなにか？
究極物質の姿が「超弦」だと予言される理由
超弦理論では、素粒子をさらに細かくしていった「究極物質」は、長さのある線分(まっすぐだったり、曲がったりしてもよい)、もしくは円周(曲がってもよい)ではないかと言われています(図1参照)。 「点である素粒子をわけると、なぜ線分や円周になるのだ？」と疑問に思う方もいらっしゃるでしょう。おおまかに説明すると、こうです。 線分をものすごく遠くから見ると点に見えます。我々のできる実験はエネルギーが低いので線分を遠くから見ているようなものなのです。そのために点に思えます。しかし、我々が現在直接できないような高エネルギーの実験では線分として扱わないと説明できません。超弦理論は、こう主張しています。 点ではなく線分か円周と思うと、さきほどの「重力も考えた場合の無限大に関する問題」が解決できます。「点と点なら距離0になりえる」という問題を避けられるからです。 このあたり、おおまかに説明していますので気になるかもしれませんが、ここではおおらかに捉えてください。数学や物理を学ぶときは、まず鳥瞰(ちょうかん)することが必要です。これは入門だから言っているのではなく、専門家もそうしています。 この線分と円周は「超弦」と呼ばれます。「超対称性」という性質を持つので超という字が付いています。 超弦理論の精確さは、まだ実験から確定していません。現代では不可能なくらい、とてつもなく高エネルギーの実験をしないといけないからです。しかし、多くの物理学者が正しいと信じています。いくつもの理論的根拠があるからです。 図1を見ると2種類の弦が描かれています。左側のものを「閉弦」、右側のものを「開弦」と呼びます。 宇宙の出来事は、これらが動いて結合したり分離したり、反応し合って起こっています。
弦同士の反応を表す「世界面」
それでは、閉弦の場合を見ていくことにしましょう。 閉弦が動くとどうなるでしょうか。答えは筒のような円柱の側面になります(図2)。この筒は曲がっていてもかまいません。 さらに、この弦が複数存在して反応するときは、どうなるでしょうか。例えば、図3のように複雑な曲面になります。自然界で起こる物質の反応は、このような弦同士の反応で説明されます。 「ものAとものBが反応して、ものCとものDになる」という現象を考えます。この現象は図3のように曲面で描かれます。 図3の曲面には4個の「穴」が空いています。曲面の境界は4個の円周です。4個の円周のうち2個はA、Bが入ってきた、残り2個はC、Dが出ていったことを表すと解釈します。それを視覚的に描いたものが図の矢印です。 さて、この曲面を「ワールドシート(world sheet)」もしくは「世界面」と言います。 自然界で起こるものの反応はすべてこのように説明されます。
