統一とういつじょう理論りろん

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統一とういつじょう理論りろん(とういつばりろん、えい: unified field theory (UFT))とは、理論りろんにおいて種々しゅじゅ相互そうご作用さようりょくいち種類しゅるい統一とういつする理論りろんである。自然しぜんかいよっつのちからすべ統一とういつすることが到達とうたつてんで、このすべてのちから統一とういつした理論りろんのことを万物ばんぶつ理論りろんぶ。現在げんざい万物ばんぶつ理論りろん候補こうほは、ちょうつる理論りろんのみであるとかんがえられている。

概要がいよう[編集へんしゅう]

理論りろん種々しゅじゅ同士どうし結合けつごう理論りろんっても過言かごんではない。理論りろんでは粒子りゅうし)は半径はんけいたない無限むげんちいさいものとされ、そのような描像では衝突しょうとつをはじめとするあらゆる物理ぶつり現象げんしょう同士どうし相互そうご作用さようりょくうことなくしてこりない。統一とういつじょう理論りろんとは理論りろんにおいて、模型もけい結合けつごう理論りろんひとつに統一とういつするための理論りろんであり、狭義きょうぎにはゲージ理論りろんによって記述きじゅつされる相互そうご作用さよう統一とういつする理論りろんである。

歴史れきし背景はいけい[編集へんしゅう]

一見いっけんことなる物理ぶつり現象げんしょう法則ほうそくであってもその、よりシンプルな理論りろん一部いちぶである、という事実じじつ物理ぶつりがく歴史れきししめしており、「よりシンプルな理論りろんでよりおおくを説明せつめいする」という目的もくてき理論りろん物理ぶつりがくひとつの至上しじょう命令めいれいである。ふるくはジェームズ・クラーク・マクスウェルによる電気でんきりょく磁気じきりょく電磁気でんじきりょくとして統一とういつしたれいがある(電磁気でんじきがく)。電流でんりゅう時間じかん変動へんどうする電場でんじょう磁場じばしょうじ、時間じかん変動へんどうする磁場じば電場でんじょうしょうじる。たがいに相互そうご関係かんけいにあり、これら2つを電磁気でんじきりょくとして統一とういつされた。

理論りろん相互そうご作用さようりょく統一とういつこころみは、最初さいしょとしてはアルベルト・アインシュタインテオドール・カルツァオスカル・クラインによる一般いっぱん相対性理論そうたいせいりろん量子りょうし電磁気でんじきがく統一とういつこころみであるが、これは理論りろん確立かくりつしていない時代じだいこころみであり、量子りょうし電磁気でんじきがく物理ぶつり学者がくしゃであったリチャード・ファインマンらによって発見はっけんされて以降いこうようやく確立かくりつした理論りろんである。くりこみ可能かのうせい議論ぎろんによれば量子りょうし重力じゅうりょくじょう理論りろん理論りろんない無限むげん発散はっさんふくんでおり、量子りょうし重力じゅうりょくじょう理論りろんそのものが破綻はたんをきたしていたため重力じゅうりょくふく統一とういつ理論りろん研究けんきゅうながかげひそめることになる。

スティーヴン・ワインバーグアブドゥッサラーム電磁気でんじきりょく電磁でんじりょくともぶ)とよわちからでんじゃく統一とういつ理論りろんとして統一とういつした。この意味いみは、「電荷でんかをもつ素粒子そりゅうしかならじゃくちょう電荷でんかもあわせもつ」理論りろん形式けいしきになっているということで、つまり普通ふつう電荷でんか定義ていぎじゃくちょう電荷でんか演算えんざんだい3成分せいぶんふくまれている。このようなでんじゃく不可分ふかぶん関係かんけい実験じっけん事実じじつもとづくが、数学すうがくてきにはかわな2×2行列ぎょうれつであらわされる。これにより実験じっけんてきにはまった異質いしつ相互そうご作用さようりょくであった電磁気でんじきりょくフェルミ相互そうご作用さようは、じつは2種類しゅるいのゲージ対称たいしょうせいやぶれた結果けっかしょうじていることが判明はんめいした。でんじゃく統一とういつ理論りろん相互そうご作用さようりょく統一とういつする理論りろんではない(この意味いみ統一とういつじょう理論りろんではない)が、純粋じゅんすいなゲージ理論りろんである量子りょうし電磁気でんじきがく質量しつりょう次元じげん相互そうご作用さようであるフェルミ相互そうご作用さようを、ゲージ理論りろんのみで説明せつめいしている。

現在げんざい現実げんじつ存在そんざいする粒子りゅうし描像を説明せつめいすることが出来でき標準ひょうじゅん模型もけい上記じょうき種類しゅるいのゲージ理論りろんアーベルぐん対称たいしょうせい記述きじゅつされるちょう電荷でんか相互そうご作用さよう特殊とくしゅユニタリぐん対称たいしょうせい記述きじゅつされるよわ相互そうご作用さようくわえてSU(3)対称たいしょうせい記述きじゅつされる量子りょうししょく力学りきがくをゲージ理論りろんとしてふくんでいる。これらのゲージぐんをよりおおきなゲージぐん部分ぶぶんぐん仮定かていし、ゲージ結合けつごう定数ていすう統一とういつしようとする理論りろんだい統一とういつ理論りろん(Grand Unified Theory : GUT)である。くりこみぐん観点かんてんによるとゲージ結合けつごう定数ていすう物理ぶつり現象げんしょうそのものの典型てんけいてきなスケールに依存いぞんしており、たとえばことなるエネルギーの衝突しょうとつ実験じっけんにおいてはおな粒子りゅうし同士どうし衝突しょうとつであっても結合けつごう定数ていすうことなるることになる。ゲージ結合けつごう定数ていすうとエネルギースケールの関係かんけい標準ひょうじゅん模型もけいにおいてはほぼ完全かんぜん解析かいせきすることが可能かのうであり、 GeV程度ていど領域りょういきでほぼひとしいとなる。だい統一とういつ理論りろんはこのような典型てんけいてきなスケール以上いじょうにおいて、たとえばU(1)、SU(2)、SU(3)のみっつの対称たいしょうせいがSU(5)などのおおきな対称たいしょうせい統一とういつされ、結合けつごう定数ていすうひとつになる、とかんがえている。また、ちょう対称たいしょうせいによって拡張かくちょうされたちょう対称たいしょうだい統一とういつ理論りろんではゲージ理論りろんでは GeV程度ていどでゲージ結合けつごうきわめてひとしいとなるが、陽子ようし崩壊ほうかいなどのだい統一とういつ演算えんざん抑制よくせい通常つうじょう理論りろんよりよわくなるため、非常ひじょうきびしい制限せいげんがついている。

標準ひょうじゅん模型もけいのゲージ相互そうご作用さようくわえ、重力じゅうりょくをもふくめた統一とういつ理論りろん構築こうちくには、上記じょうきのように量子りょうし重力じゅうりょくじょう理論りろんふく無限むげん発散はっさんはら必要ひつようがある。理論りろんはなれ(あるいは局所きょくしょじょう理論りろんとして)、つる理論りろんかんがえると重力じゅうりょくふくむ4つの相互そうご作用さよう統一とういつ出来でき可能かのうせい示唆しさされている。つる理論りろん理論りろんベクトル[よう曖昧あいまい回避かいひ]テンソル自然しぜんあらわれ、これらをゲージじょうおよび重力じゅうりょくじょうなすことで4つの相互そうご作用さようりょくつる理論りろん統一とういつすることが出来でき可能かのうせいがあり、さかんに研究けんきゅうされている。つる理論りろんにおいても重力じゅうりょく理論りろんはくりこみ不可能ふかのうであり、量子りょうし重力じゅうりょく理論りろんとしての候補こうほにはなりないが、ちょう対称たいしょうせいもちいて拡張かくちょうされたちょうつる理論りろんは、この問題もんだい解決かいけつしており、S行列ぎょうれつのユニタリせいなどから26次元じげん理論りろんであれば矛盾むじゅん構築こうちく可能かのうであることがしめされている。

参考さんこう文献ぶんけん[編集へんしゅう]

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]

関連かんれん項目こうもく[編集へんしゅう]

脚注きゃくちゅう[編集へんしゅう]