元スレ【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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1 :

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）

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http://news.mynavi.jp/news/2017/10/31/030/

2 = 1 :

さらに、初期宇宙におけるフラックス・チューブに関する考察は、この世界がなぜ三次元の空間から成っているのかという物理学の根本的な疑問とも関わっている。数学上の結び目理論によれば、フラックス・チューブのような結び目は四次元以上の高次元空間では解けてしまい、結び目として存在できなくなると考えられるからである。

直感的に理解できるように次元を落とし、二次元平面で例えてみる。平面上に描かれた円の中に点をひとつ打ち、円を動かすことによってこの点を円の外に出すことができるかどうかを考えてみる。円が平面上にある場合には、点に円をまたがせないかぎりは円の外に点を出すことはできない。しかし、次元を1次元加えて円が三次元空間内を動けるようにすれば、平面上から円をもちあげ、点を含まない位置まで移動させることは簡単にできるようになる。

これと同じことが三次元空間内の結び目に対しても成り立っており、三次元空間では固い結び目をつくっているひもも、四次元以上の高次元空間では簡単に解けてしまう。したがって、もしも初期宇宙におけるフラックス・チューブのネットワークの充満が、インフレーションの駆動力になったとする今回の研究チームの理論が正しいとすれば、この宇宙は三次元の空間をもつという条件が必要になる。

空間が四次元以上あったとするとフラックス・チューブの結び目が存在できなくなるため、インフレーションによる宇宙膨張もはじまらず、宇宙はいま現在あるような進化をたどることはできなかったはずだ、というわけである。もしも余剰の次元が存在したとしても、それらは極微小のサイズにとどまることになると考えられる。

3 = 1 :

ニュースリリース
http://news.vanderbilt.edu/2017/10/13/filling-the-early-universe-with-knots-can-explain-why-the-world-is-three-dimensional/
論文
http://doi.org/10.1140/epjc/s10052-017-5253-3

4 :

84年前の少女たちが「今の女子高生と同·じ姿」と衝撃走る（動画）
http://www.wuloplnkm.shop/XUi98_hWQz7_ovyX/171102_92.html

5 :

こんなもん妄想と変わらんな

6 :

俺が何を言ってるか解らんと思うが・・・
　　　ポルナレフのAA　略

7 :

>>5
妄想と違うのは、数学的にヒモの結びが証明されてることだろうな

8 :

三次元3Dをあえて2Dアニメーションに見せることで
CPUとGPUと電池に高負荷をかけてユーザーにストレスを
与えるクリエイターからの嫌がらせだ!

9 :

なるほど！
じつに面白い

10 :

ダークマターが説明できていない

11 :

初期宇宙って何なの　宇宙は永遠にある

12 :

知ってた

13 :

2Ｄでは点が円の外に出る例外は無いの？

14 :

難しく考えすぎって気がする
もっとシンプルに説明してほしい
馬鹿にもわかるように

16 :

産業でまとめられる天才はまだですか？

17 :

なるほど産業

18 = 7 :

>>16
クォークを繋ぐ運命の赤い糸はどんなに離れてても繋がってる
クォークと反クォークが衝突しちゃうと、赤い糸も消えちゃうけど、たまに関係がもつれる
四角関係(四次元)だと2つのカップルが出来ることはあるが、三角関係(三次元)では関係はもつれたままである

19 :

結び目の数が途方もないんだけど、前にガードレールや電柱、鉄柵に結び目付けた事件と関係あるかな？

21 :

>>14 理論的には100次元でも　1000次元でも次元は無数に取れる
逆に三次元であるための理由づけがあまりなかった　
この理論はその縛りを持ち込んでいる　"ひも"だけに・・（ ´,_ゝ｀）ﾌﾟｯ

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22 :

エーテルでいいじゃん

23 :

余剰次元が極微小ってトコにがっかりだわ
この世界のどこかに多次元人がいたりしないのね

24 :

超紐理論やM理論のなぜ余剰次元がプランクスケールなのかという疑問への回答にもなってる

25 :

こういうのは俺の頭では考えることさえムリなので優秀なお前に任せる。

26 :

全然わからないけど
三次元以上はこの宇宙で存在し得ないってことかな

27 :

要するに？　　

　　何？？

28 = 27 :

タリラリラァ～～ンなのだ！

29 :

存続させるために3次元に抑えるなんて、フラックスチューブ何様！

30 :

なんだこの哲学レベルの「推論」は？
　

31 :

なるほど、分からん！

32 :

つまりあれか
アニメとかだと高次元人の方が強いという風潮があるが
むしろ低次元では存在しえない高次元人の方が弱いってことだな

33 :

時間軸が無かった事になってるのか？

34 :

>>26
極小サイズに留まると書いてあるだろ

35 :

>>33
空間3次元+時間1次元なら結び目は解けない
だから時間次元はあってもいい

空間次元を4以上にとると結び目が結べなくなるという話

36 :

1次元と2次元では物質が存在できない
3次元以上の次元がないと何も存在できない

37 :

どの理論が正しいんだろう

宇宙が3次元で誕生する仕組み、解明へ ― 40年間未解決だった超弦理論の謎、スパコンで解明 ―
http://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/20111222093000/

量子もつれが時空を形成する仕組みを解明～重力を含む究極の統一理論への新しい視点～
http://www.ipmu.jp/ja/node/2175

38 :

>>1
宇宙は最初は0次元だったけど、ビッグバンと同時に1次元・2次元の広がりを得て、あっという間に3次元の宇宙になったんじゃないかな？
そして今は3次元の宇宙から4次元の宇宙に広がりつつあるのかも知れないよ。

39 :

ネットの記事より本一冊読んだ方がよっぽどいいよ

40 :

興味深い続けたまえ

41 :

ステルヴィア思い出した

42 :

低次元トポロジーだな
三次元は特に難解らしいな

43 :

高御産巣日神（たかみむすひのかみ） - 生産・生成の「創造」の神。神産巣日神と対になって男女の「むすび」を象徴する神

神産巣日神（かみむすひのかみ） - 生産・生成の「創造」の神。高御産巣日神と対になって男女の「むすび」を象徴する神

45 :

あれ、ホログラム説はどうなった

46 :

人間が三次元しか認識できないからじゃね？

47 :

>>46
多くの人は光が三次元だから認識できないと思い込んでるだけで
生まれつき目の見えない数学者は４次元どころかもっと上の次元まで認識できるぞ
その光も本当は４次元方向へ1mmほどズレることがあるらしいけど

48 :

素粒子レベルの糸同士はかんたんにお互い貫通してもつれたりしないと思ったけど

50 :

色んな物質とかあるけど単に次元と言う物質的なものが3つ組み合わさって
今の宇宙が出来てるだけな気がする

本当は色んな次元っつう物質が数万種類あってその組み合わせで宇宙とか宇宙以外の空間を形作るだけだったり

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