物理学からの異次元ワールドへのお誘い

宇宙の始まりの謎を追究する素粒子論

物理学の1分野である素粒子論は、「この世界が何から出来ていて、どういう振る舞いをするのか」を探る学問です。この理論を追究することは、宇宙の始まりの謎や、私たちが宇宙に存在する理由を明らかにする可能性を秘めています。私たちが住んでいる世界は、空間が3つ(前後・左右・上下の3方向)と時間が1つ、アインシュタインの相対性理論では空間と時間は同等なので、空間と時間をひとまとめにして時空、つまり「4次元時空」と考えます。SFなどでよく描かれる異次元空間とは、この4次元時空とはさらに異なる空間を指します。

異次元空間を探す物理学者たち

低い次元の世界で考えてみましょう。例えば、サーカスの綱渡りは、渡っている人は前後しか動けないので、1次元に存在します。その綱の上にアリがいるとすると、アリは綱が伸びている方向だけでなく、綱の垂直方向にも動けるので、2次元空間にいることになります。綱を渡っている人に1次元しか見えないのは、垂直方向が小さく丸まっているからです。例えば5次元時空では、5番目の空間が小さく丸まっているとすれば、私たちは4次元時空に住んでいるように見えるわけです。素粒子論を研究する多くの物理学者は、このような日常生活では感じられない「5番目以降の異次元空間」があると考え、その証拠を探しているのです。

4次元理論では説明できない現象の解明

物理学者たちが異次元を探す理由は、4次元の理論では説明できない物理現象の解明につながる可能性があるからです。例えば、宇宙は加速膨張していることがわかっていますが、得体の知れない「暗黒エネルギー」と呼ばれるエネルギーで膨張していると考えられています。また、私たちが存在するためには目に見えない「暗黒物質」が必要ですが、その正体は謎です。もし、5次元以降の異次元の存在を明らかにする究極の理論が完成すれば、この暗黒エネルギー、暗黒物質について、さらに「ビッグバン」と呼ばれる宇宙の始まりについての謎が解けるかもしれないのです。

参考資料

うちゅう2013年9月号

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先生情報 / 大学情報

大阪公立大学理学部物理学科准教授丸信人先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

理学、物理学

メッセージ

私の専門は素粒子論といって、理論物理学の分野の1つです。取り組んでいるテーマは、「宇宙の始まり」を解明しようというものです。その解明の手掛りとして、4次元のさらに上の「5次元」の世界に着目しています。「5次元」の存在を手がかりに、宇宙の始まりを明らかにしようとしているのです。
あなたも小さい頃、「宇宙はどのように始まったんだろう？」「現在の宇宙はどうやってできたんだろう？」という興味があったと思います。そんな疑問を解決するために、素粒子論を一緒に研究しませんか。

先生への質問

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大阪公立大学に関心を持ったあなたは

2022年4月、大阪市立大学と大阪府立大学が統合し、大阪公立大学が誕生しました。大阪市立大学、大阪府立大学は共に約140年の歴史ある大学であり、水都として交通の要衝であった大都市大阪とともに発展してまいりました。この地の利を生かし、理論と実際を有機的に結合することにより、両大学は大都市大阪で生活する人々が必要とする精神文化の発展や産業と経済の振興を担う中心機関としての役割を果たしてきました。本学はさらなる異分野を融合・包摂した新たな学問の創造と多様な世界市民の育成を目指します。