超弦理論

過去数百年の間科学者はより短い距離の現象を探索することによって自然界を支配する基本的法則を見つけようとしてきた。この繰り返しは永遠に続くのだろうか?驚くべきことに、自然界の階級的階層はプランク距離と呼ばれる10-35メートルで終わるのではないかと信じる理由がある。どうしてこれが正しいかもしれないか説明するためにひとつの思考実験をしてみよう。物理学者は短い距離を探索するために衝突型加速器を作る。どんどん衝突粒子のエネルギーを大きくしていくと、どんどん短い距離を探索できる。これまではこうして進んできた。ここで考えてみよう:プランク距離を探索できるような大きなエネルギーを持つ衝突加速器を作ることができるだろうか?答えはノーである。そのような大きなエネルギーで粒子を衝突させるとブラックホールができて、そのまわりすべてが事象の地平面によって隠されてしまうだろう。別の言い方をすれば、このようなエネルギーでの測定は幾何学的構造にあまりにも大きな影響を及ぼすので、時空間が破けてしまうのである。このため物理学者は決してプランク距離より短いところで起きていることを見ることができない。これは新しいタイプの排他律である。プランク距離は自然界の階層的構造がそこで止まる基本的な距離である。

時間と空間はプランク距離以下では存在せず、もっと根本的な構造から生まれる。プランク距離領域の物理学を記述する数学的枠組みを与える最も有望な候補が超弦理論であり、一般相対性理論と量子力学を統合して素粒子の標準理論を導き出すのに必要なすべての要件を持っている。超弦理論はスティーブン・ホーキングが言い出した情報パラドックスなど、さまざまな量子重力の謎の解明を手助けしてきた。この理論は初期宇宙の宇宙論や標準理論を越える素粒子論で我々に洞察を与えた。また、QCD(クォークの相互作用理論)、量子液体、量子層転移など、多くの場合強い相互作用系からなるたくさんの難解な理論物理学の問題に取り組むための強力な手法を提供する。さらに数学においても多くの重要な発展を促した。IPMUはこれらすべての分野に取り組んでいる。

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