「ヒロアカ」36巻と「にごリリ」15巻／相対性理論と量子論の統一：超ひも理論とホログラフィック理論について超初心者向けのものを読んでみた

10月4日（火）晴れている。

昨日は夕方誤って届いた書籍を返送するためにヤマトの営業所まで行って着払いで送ったのだが、思ったより道路が混んでいてあまり平日の夕方にこちらに来ないからこれはよく知らなかったなあと思ったりした。諏訪湖を湊周りで岡谷に出て、書店に行って色々迷ったが結局買わず、フェアをやっていた中古CDを一枚買い、夕食の買い物を少しして帰った。帰りにセブンイレブンに寄ったらガラスが破られたのかベニヤで補修していて、そういえば先日別のセブンでもこういうことがあったなと思った。おそらく車が突っ込んだのだと思うが、短い間に2度目撃するのは珍しいなと思った。

今朝は3時ごろに目が覚めた。寝たのは9時半くらいだったと思うので、5時間半は寝ている。やらなければと思うことが多く、やることを整理しながら紙に書いていたのだが、風呂に入ったり色々してからゴミを整理し、セブンで「僕のヒーローアカデミア」36巻とBOSSのカフェオレを買ってから職場に出て量子論の本を取ってきて、ついでに湖の方を回って帰ってきた。帰ってからゴミを出し、少しマンガの整理をして、Twitterを見たら「2.5次元の誘惑」のセミカラー版が出ているということを知り、DLして少し読んだ。

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量子論の本というのは、3日日曜日の朝に茅野の方にドライブした時、塩パンを買いに入ったデイリーヤマザキで「マンガ＋図解でよくわかる最速最短！量子論」（ワンパブリッシング）を見かけて買ったのだ。これが結構わかりやすかった。全部わかったわけではなく、これから物理の教科書などと照らし合わせながらまた理解を深められればいいと思っているのだが、難しいところはかなりの「たとえ」で飛んでいるところがあるだろうなとは思うのだけど、自分なりに「こういうことかな」という感じで掴めたところは多かったように思う。

ただその感想を書くには自分はこの分野についてものを知らなすぎるなあと思っていたのだが、昨夜ご飯を食べているときに「コズミックフロント」の録画リストを見ていたら、9月22日放送の「相対論vs.量子論 事象の地平線と“異次元のダンス”」というのがあり、これはいい機会だと思って見ることにした。

20世紀の理論物理学の歴史は相対性理論と量子論との二つの流れがあり、相対性理論は「時空」すなわち時間と空間、と「重力」を中心に研究され、量子理論は「物質→素粒子の性質」（例えばすべての素粒子は波動であり粒子である、など）について研究するものだ、というすごく基本的なところから自分がよくわかっていなかったということを理解した。相対性理論はもちろん、量子理論も物質とエネルギーは等価である（E=mc^2）とか光は粒子であり波動である（光量子仮説）などもともとアインシュタインによるところが大きいようなのだが、相対論と量子論は別の系統の学者たちに寄って研究され、それぞれに研究が進められた側面があるらしいということもわかった。

その二つの流れがある中でスティーブン・ホーキングが提起したのがブラックホールにおいて事象の地平に吸い込まれた物質は跡形もなく（どういう性質を持つ粒子であったかという情報も含めて）消えてしまうという理論で、量子論を専攻したレオナルド・サスキンドはもしそうなら物理学の根本法則が成り立たなくなると強く反論し、それについて数十年間議論が戦わされた、という話だった。

その解決方法として出てきたのが超弦（超ひも）理論と呼ばれる理論なのだが、これを理解するには先にあげた「最速最短！量子論」で読んだことがとても参考になった。つまり、量子論における「場の理論」では、空間と一体化した「場」の振動によって「粒子」が存在するように見え、それが空間的に伝達されると

「波動」のように見える、例えば光ないし電磁波は「電磁場の振動」に寄って光子にも見え光波にも見える、という話だった。

そして素粒子には物質を構成するものと力を媒介するもの、粒子に質量を与えるものがあるということで、力を伝達する粒子は四つの基本的な力（強い相互作用・電磁相互作用・弱い相互作用・重力相互作用）のうち、前の三つは見つかっているが最後の重力を伝達する粒子、いわゆる「重力子」が見つかっていない、ということは聞いたことがあった。

つまり前記の三つは量子理論の中から出てきたが、重力を扱う相対性理論との統合のためには重力波・重力子を見つけなければいけないということがあるんだな、と思った。2016年に重力波が発見されたということは一歩前身ということなのだなと思ったが、それがどういう意味があるかはあまりよくわかってなかった。

超ひも理論というのは結局「場の量子論」を発展させて場というもの、つまり素粒子というものがいわば「振動するひも」であるという仮説と考えていいのかなと思うのだが、重力子以外の素粒子は開いたひもであるが重力子は閉じた（輪になった）ひもであるというもので、その仮定から事象の地平線で二次元的に記録された素粒子の性質が三次元のホログラムのように表現され、それが物質であり、ホーキングが指摘したブラックホールから放出されるエネルギー＝ホーキング放射であるから、物質の情報は失われていない、ということになったようだ。（この辺、というかこのエントリ全体が私の理解の理解したところを書いているので、間違っているかもしれないのでちゃんと理解したい方は専門書等をあたってください）

この指摘をホーキングはなかなか受け入れなかったが、ついには受け入れたということで、現在のところかなり有力な相対論と量子論を統一する理論の候補になっているということのようだ。

この仮説を証明するためには重力子の発見が必要だということだが、まだ証明はこれからだということのようで、この分野もまだまだやることが多いのだなと改めて思った。

またこれは付け足しだが、ブラックホールの「事象の地平」というのはつまりは超大質量のブラックホールからの脱出速度が光速を超える面ということを意味しているわけだから、この膨張する大宇宙においてもハッブルの指摘通り地球からより遠い天体ほど高速で遠ざかっており、ついには遠ざかる速度が光速を越える面（地球を中心とした一定の距離の球面）＝「宇宙の地平線」があるわけで、宇宙そのものをホログラフィックなものだと捉えられる、ということもこれはWikipediaを読んで理解した。

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この本の前書きに書いてあったのは量子論は「ボーアやハイゼンベルク等の難解な議論」で説明されることが多く敬遠されてきたが、今では「場の量子論」にすっきりとまとめられている、つまりこれを理解すれば全体の理解に近づきやすい、ということで、確かにわかったかわからないのかわからないような理屈を積み上げていくのは難しいなと思ってなかなか理解しにくかったということはあるから、こういうふうに「一般人に説明する試み」は常にやってもらえるとありがたいなと思った。

また同じ一般向けでも「コズミックフロント」とは問題の切り口が違うから、二つを読み、また見ることで素人なりに理論の現状や問題の所在が理解がしやすくなるところもあるなと思った。