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竹内薫

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超ひも理論とはなにか―究極の理論が描く物質・重力・宇宙 (ブルーバックス) 新書 – 2004/5/21

竹内薫 (著)

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究極の理論「超ひも理論」を完全に理解する。強い力、電磁力、弱い力、重力。素粒子に働く四つの力を統一できる唯一の理論と考えられている「超ひも理論」を、わかりやすく解説した物理ファン待望の一冊。※この商品は紙の書籍のページを画像にした電子書籍です。文字だけを拡大することはできませんので、タブレットサイズの端末での閲読を推奨します。(ブルーバックス・2004年5月刊)

物理学の究極理論超ひも理論がわかる!

相対性理論と量子力学を結びつけ、4つの力を統合する究極の理論と期待される「超ひも理論」。さらに「多次元宇宙」「ブレーン世界」など超ひも理論によって導き出される驚異の宇宙像を、数式を使わずにわかりやすく解説する。

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本の長さ

240ページ
言語

日本語
出版社

講談社
発売日

2004/5/21
寸法

11.4 x 1.3 x 17.4 cm
ISBN-10

4062574446
ISBN-13

978-4062574440
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出版社 ‏ : ‎ 講談社 (2004/5/21)
発売日 ‏ : ‎ 2004/5/21
言語 ‏ : ‎ 日本語
新書 ‏ : ‎ 240ページ
ISBN-10 ‏ : ‎ 4062574446
ISBN-13 ‏ : ‎ 978-4062574440
寸法 ‏ : ‎ 11.4 x 1.3 x 17.4 cm

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竹内薫

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1960年、東京都生まれ。東京大学理学部物理学科卒業。カナダ・マギル大学大学院博士課程修了。理学博士。ノンフィクションとフィクションを股にかける科学作家。小三から小五までニューヨークの現地校に通ったせいで、帰国後、カルチャーショックに悩まされ、学業も落ちこぼれる。現在は妻子とともに裏横浜に在住(「BOOK著者紹介情報」より：本データは『思考のレッスン』(ISBN-10:4062165082)が刊行された当時に掲載されていたものです)

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T2008

スッキリ

2022年2月2日に日本でレビュー済み

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すべての知識がつながって、スッキリした。

2015年1月23日に日本でレビュー済み

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紐は組み込み次第で、用途が変わる。何の用とかは、
細胞の仮設次第だよ。

2013年11月7日に日本でレビュー済み

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時間は幻想か？

（この文章は、“時間は幻想か”ということについて考えるための“たたき台”として構成したものです。）
　我々は、時間の認識に関して、まだ大きな勘違いをしている可能性があります。
　宇宙の年齢は１３７億年とか言われています。また、各恒星間の距離はとても遠く離れているので、宇宙船が飛んでくるには遠すぎるので、宇宙人はいないだろうとか言う人もいます。これらの考えはニュートンの絶対時間というか、「時間の矢」を念頭に置いているようにも感じられます。一方、アインシュタインは、「誰もが自分の時間の河を持っている。」という言葉を残しました。その河の流れ方は速くも遅くもなると言う。つまり、あなたの時間の経ち方と私の時間の経ち方は異なってもおかしくないことになる。また、特殊相対性理論によると、宇宙船で高速航行すると、ウラシマ効果や双子のパラドックスなどが起きて、時間が遅れるとか言います。さらに、宇宙船はワームホールや余剰次元を通ってワープするという話もあります。また、超ひも理論の研究から、空間も時間も幻想ではないかとも考えられたりし始めています。よく言われる「時間の矢」は、時間が１つしか存在しない時で、時間のない世界はもちろん、時間が2つ以上考えられる世界では、「時間の矢」は定義できません。

（１）現実世界の「時間の矢」
　力として現在４種類の力が知られていますが、その中で遠距離に働く力は重力です。例えば、超ひも理論におけるマルダセナの対応では、（重力を考慮しない）３次元空間に重力を考慮した時には余剰６次元が表れることがわかっています。すなわち我々はただの３次元空間ではなく、超空間に住んでいます。これは普通の数で決まる座標のほかに、グラスマン数という不思議な数を座標に使う「余剰次元」が存在するものです。
現実世界の空間と時間の特徴も重力場の影響が極めて強いものです。古来、アリストテレスは、上下の方向には特別な意味があると考えました。実際、天から地に向かう強い重力により、我々は地上に抑え（押さえ）つけられています。また、よく「時間の矢」と言われるように、我々は誕生から死に向かって、一方向に一直線に時を進んでいます。この「時間の矢」も重力場の存在と因果的に関わっています。太陽などの星のエネルギー源は熱核融合反応（水素などの軽い元素から重い元素を合成する）です。この反応が起こるためには、強力な重力場によって星を作る物質を引きつけ（ガスを凝集させたりする）、中心部の温度を上げなければなりません。すなわち重力により星は輝き、そうして星は一方向に進化していきます。使われたエネルギーは元に戻らないから、時間は元に戻せません。
また、我々が「時間の矢」があると感じるのは、時間が１つしかないからと言われます。過去や未来の可能性が１つでないと、「予想不能」となって、因果的にも困った状況になります。このように因果的関係が存在し、過去から未来へと一方向に進む「時間の矢」が存在するのは、時間が１つしかないときです。

（２）時間の無い世界。
　現実の世界では、時間は一つしかなく、「時間の矢」と言われるように、過去から未来へと（個人的には誕生から死へと）一直線に進んでいるように見える（感じる）ものでした。次に時間の無い世界や時間が二つ以上ある世界について考えてみます。
　無時間の世界とは、時間が流れない世界です。　力として現在４種類の力が知られています。超ひも理論は、弱い力や強い力、重力子といった、プランクスケールという超ミクロな距離にしか働かない力をもとに考えているもので、超ひも理論は超ミクロなプランクスケールの現象をメインに現す物理学とも言えます。一方、長距離に働く力は重力で、宇宙は一般相対論の世界です。ただ、超ひも理論は、ひもの短いすなわちエネルギーの高い領域の物理をメインに扱うものですが、超ひも理論でひもが十分長くなる状態つまり低エネルギー近似では、一般相対論のアインシュタイン方程式を含んでいます。よって、超ひも理論は万物の理論とも言われたりもしています。
　最近、科学は、人間化された科学と宇宙視点の科学と相（あい）補いながら進めていく必要があるという話もあります。物理法則も、どの立ち位置で見ているのか、どの領域（の物理法則）を主にとらえているのかが、物理法則ごとに違っていたりしています。ニュートンの力学法則も、マクスウェルの電磁気の方程式も、素粒子の標準模型の方程式も、物理観測量が時間の矢に沿って変化していくと想定しています。ここでは時間の矢は、ニュートンの絶対時間という訳です。一方、一般相対性理論は物理的状態が時間や空間の測り方によらないことを要求します。アインシュタインの重力場方程式だと、時間が進んでも、変化しないことになります。これは、光の速さだけが絶対一定とする、神の立場での見方です。重力方程式は時間が止まった神の立場で考えています。これは、にのまえ君が時間停止のｓｐｅｃを使った状態です。ここで彼はある一点からそのフリードマン解たるビッグバン膨張宇宙を起こすと考えてみて下さい。（ここで、重力方程式のいろいろな厳密解は対等の立場ですから、（神がある一つの解を選んだのでなければ）、大宇宙には、その種々の解たるアインシュタイン小宇宙が（無限に）多く存在するはずです。例えばゲーデル回転宇宙も存在する。）
　ところで、ユートピアとか桃源郷と呼ばれる場所には、時間がありません。すべてが満ち足り、心は充実し、不平や嫉妬もない。何もかもが素敵にバランスがとれている。現状維持がベストゆえに、現在と未来との区別があってはならない場所でもある。すなわち時間が流れていないことは、桃源郷の必要十分条件ということになります。桃源郷には、待つという概念がないかもしれません。少なくとも、苛々させられるとか「もどかしい」といった意味合いでの「待つ」は存在しないでしょう。桃源郷の住人は、常に鷹揚（おうよう）さを忘れず、時間のない世界で笑顔を浮かべていることでしょう。
「しかし、憧（あこが）れつつも、桃源郷に微妙な恐怖感を覚えてしまう。そこは死も存在しない。「苦しみを伴わない」世界です。空虚で無意味と言うか、あまりにもあっけらかんとした空虚さに、たじろいでしまう。まるで強迫神経症の世界みたいで、時間の流れない世界はやはり恐ろしい。」（時間の流れない世界と言うと他には、病院、老人介護施設、精神病棟、刑務所、ひきこもりｖｓ．現実世界、などと連想したりもします。）Utopia の本来の意味は、空想上のどこにもない所という意味ですが。

（３）時間が２つ以上ある世界
　マルチバースの可能性を探（さぐ）っているテグマークが、さまざまな次元の安定性を研究している。空間３次元時間１次元の我々の世界は安定している（双曲型）。逆の空間１次元時間３次元の世界はタキオンのみの世界。また、時間が０次元の世界（時間の無い世界）は予測不能な世界（楕円型）。空間が２次元以上かつ時間が２次元以上の世界は予測不能な世界となる。また、超ひも理論のコンテクストではヴァファが提唱しているF理論というものがあり、それは１１次元時空のM理論よりもさらに次元が増えて１２次元時空になるのだが、なんと時間軸が２つになっている。超ひも理論はエネルギー状態の高い超ミクロな世界を主に現す物理学です。ミクロな世界では「時間の矢」が存在せず、ミクロな時間は２つ以上あっても可と考えられています。
　量子の世界では、不確定性原理が存在する。例えば、位置と運動量は同時には不確定、また時間とエネルギーは同時には不確定。（解析力学によると、運動量の第４成分はエネルギーになる。不確定性原理が顕在（けんざい）化する現象の例としては、原子（格子）の零点振動があり、このためヘリウムは、常圧化では絶対零度まで冷却しても固化しない。）
　空間内を進むことを運動と言う。だから「運動量」は空間の性質と深く関係している。それと同じで「エネルギー」は時間の性質と関係している。
運動量＝空間内を進むこと。　　エネルギー＝時間内を進むこと。
磁場＝電磁波の空間成分。　　　電場＝電磁波の時間成分。
　さて、運動量がｘ成分、ｙ成分、ｚ成分の３つあるのは、空間が３次元だからである。同様に、エネルギーが１つしかないのは、時間が１次元だからである。それでは、もしも時間軸が２つあったらどうなるか？時間軸が２つになると、エネルギーも２つの成分を持つことになる。つまりエネルギーは数ではなくベクトルになるのである。
　「実在の物体は、みんな、四つの次元にひろがりを持っているはずだ。縦、横、高さ、それと――持続時間さ。−　−　−　時間と空間の３次元の間には、われわれの意識が時間に沿って移行するという点以外には、何らの差がないんだ。」（ウェルズの古典小説『タイムマシン』より）　
よって、意識は一種のエネルギーとも考えられます。時間がベクトル的（テンソル的）で意識やエネルギーもベクトル的（テンソル的）だとは、どういう世界なのか。分量のみで方向を持たないものを「スカラー」、分量と方向を両方持ったものを「ベクトル」と言います。
　スカラー的思考ではなくベクトル的思考をせよ、とか言います。また、「人生はスカラー的」ではなく、「人生はベクトル的に生きろ」とか言います。目標まで一直線ではなく遠回りして進むのが、むしろ望ましい。遠回りしているうちに、目標自体が変わってしまうこともある。思考もスカラー的だと単純思考で独断的、石頭で頭が固い。ベクトル的な高次元な思考だともっと柔軟な考え方が可能かも知れません、頭が２つも３つもあるのだから。また、よくわかりませんが、時間が２つ以上ある世界では、「時間の矢」のような“誕生から死への時間感覚”はないようです。

（参考）竹内薫『超ひも理論とはなにか』、大栗博司『大栗先生の超弦理論入門』、春日武彦『待つ力』、桜井邦明『図解膜宇宙論』、鍵本聡『役に立たないと思っていた数学で人生の難題もかなり解ける』、佐々木閑『科学するブッダ、犀の角たち』、Wikipedia

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レグルス

超ひも理論の最新事情

2004年6月11日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

素人の科学好きにとっては、気が付かないと自分が知っている“最新”理論が、実は１０年前のものだったりするので、ある程度おきに入門書を読むことでアップデートをはかる必要があります。ＮＨＫスペシャルなどで取上げられるのは半年から１年くらい後、という場合が多いので。
本書は数式を使わないとはいえ、「超ひも理論は、物理学理論のなかでも際立って「数学的」であり「抽象的」な理論であるため、精確さとわかりやすさの両立に苦慮（苦悩？）した。」とあるように、モノ自体が難しい理論なので結構素人には難しかったです。専門の研究者がイメージ豊かに描いた『エレガントな宇宙』などのほうが分かった気になるでしょう。
基礎的な知識もありますが、基本的には“精確さ”のほうをベースにしてあり、数学が分からない私でも、数学的理論である事は充分分かりました。
わかりやすくするための工夫としては著者のもうひとつの顔であるミステリーの主人公・湯川幸四郎と十文字葵が作中作でゲスト出演していたりします。（余談というか、ファンサービスでしょう）
参考文献や読書案内がていねいなのがこの著者の本のいいところで、今回も１つずつにしっかりコメントがついています。
ただ、補足や注釈としての意味合いが強いのですが、コラムが頻繁に入る構成はいかがなものでしょう…。

24人のお客様がこれが役に立ったと考えています

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taka40

内容がアンバランス

2004年6月6日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

本書を読むに際しては、量子力学や相対論に対してある程度の知識が要求される。また最後、要のDブレーンの説明は噛み砕いているとはいえ、難解である。その割には、次元の説明などが初歩的だったりするので、全体を通してみた場合、書かれている個々の内容のレベルが非常にアンバランスであると感じてしまう。ただひも理論の最新の情報を知ることはできる。この理論を数式抜きで説明することがそもそも困難であるということなのだろう。著書がどのレベルの読者層を想定しているのかがわからないが、少なくとも物理学初心者向けではない。

4人のお客様がこれが役に立ったと考えています

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yoda21

これで終わりにしないで

2004年7月4日に日本でレビュー済み

Amazonで購入

一気に読みました。
私には、少し難しかったけれど、
著者の次元の秘密に続く、
超ひも理論の総集編という感じで、
とても、よかった。
でも、これで終わりにしないで、
ぜひ、もっと、書き続けていただきたい、
と思います。
私は、いわゆる一般人ですが、工科大学
卒業程度の数学は理解できます。
困難かもしれませんが、
ぜひ、今度は、もう少し踏み込んで、
本格的な理論書と、一般書の間の、
橋渡しになるようなものを
お願いしたいと、思います。

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Reviewer

String theory がやっとわかった

2017年8月25日に日本でレビュー済み

本場アメリカの物理学者でもうまく説明できない、物理でも難関中の難関のString Theory(ひも理論という和訳なのですね）。
私はいくら聞いてもよく理解できなかったが、この人の解釈で、その考え方、大筋のつかみどころ、どういったアプローチで
何が解明できるかということを理解できた。もっと払ってもいい本だと思う。ちゃんと裏付けや先行研究もされていて、
さすが東大の物理学士でカナダの名門McGillの物理学のPhDの著者が書く本は背筋が通っていると感じた。

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microscopist

「超弦」を「超ひも」と表記する理由

2009年4月17日に日本でレビュー済み

小林-益川理論への興味をきっかけに無謀にも理論物理学の最先端を知りたくて超弦理論に飛躍しました．ブライアン・グリーンの『エレガントな宇宙』を読む前に予備知識を得たかったというのがもうひとつの理由です．日常世界としての4次元時空感覚から11次元，さらに多次元へのイメージの飛躍に呆然としました．D-braneの概念で挫折しかけ，超対称論のあたりでまた最初から復読し，ようやく最終ページに達しました．
　難解な内容ですが数式を使わないで現代の理論物理学のイメージを素人に伝えることにこの本は成功していると思います．数学の好きな人は文献に挙げられているarXiv.orgの原著や総説を参考にできますし，String theoryに関する一般人向けのweb siteもイメージを補足するのに有効です（ただし英語です）．超ひも理論の内容を十分に理解して他人に薀蓄を語るには3-4回は再読する必要がありそうです．再読が苦痛にならないという点で簡潔でコンパクトな著作であると思います．

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