この動画は、あまり知られていない万物理論の一つである「因果フェルミオン系」について解説している。この理論は Felix Finster によって開発されたもので、従来の弦理論などとは異なるアプローチを取る。時空に粒子を配置するのではなく、物質を構成するフェルミオンから出発し、それらの因果関係のネットワークを通じてボソンや重力を導出するという発想である。この理論の興味深い点は、重力が フェルミオン間の因果関係に暗黙的に含まれているという考え方であり、時空そのものが実際には存在せず、フェルミオンの相互作用を記述する方法に過ぎないと示唆している点である。ただし現時点では弱場近似での重力しか理解されておらず、完全なアインシュタイン方程式の導出には至っていないという限界もある。
今日は、おそらく皆さんが聞いたことのない万物理論についてお話ししたいと思います。それは因果フェルミオン系と呼ばれるものです。簡単に言えば、すべてを物質の粒子であるフェルミオンによって説明できるという考え方です。
私がこの理論について知ったのは偶然でした。約10年前にこれを開発したFelix Finster に出会ったからです。そして彼がこのテーマについて本を出版したのを見たので、これを機に簡潔にまとめてみようと思いました。
科学の一般向け報道をフォローしている方なら、一日おきに新しい万物理論が発表されているような感覚を持たれるかもしれません。しかし、そのほとんどはナンセンスで、二度と耳にすることはないでしょう。
真剣なアプローチを考えてみると、実際にはそれほど多くありません。弦理論があります。そして弦理論の研究者にとっては、これでリストの終わりでもあります。まあ、私は弦理論の研究者ではないので、Stephen Wolfram のハイパーグラフ、Garrett Lisi のE8、そして気分が良い日には Eric Weinstein のGeometric Unity も加えるでしょう。ただし、私の知る限りこれは量子理論ではないので、私の期待を裏切るものですが。
いずれにしても、これらは本当に新しくて可能性のある道だと思いますし、皆さんも聞いたことがあるでしょう。しかし、因果フェルミオン系について言及する人は誰もいません。
私たちが探している万物理論は、宇宙のすべての基本的相互作用とすべての粒子を一つの首尾一貫した枠組みで記述すべきものです。多くの物理学者は、この目標を達成すれば、暗黒物質と暗黒エネルギーも得られるだろうと期待しています。
しかし現在、私たちには二つの主要な枠組みがあります。素粒子物理学の標準模型と一般相対性理論です。標準模型は電磁気力、強い核力、弱い核力を記述します。
万物理論はこれらを一つの枠組みに結合すべきです。これは、万物理論が一般相対性理論と量子物理学をどう結合するかという問題も解決しなければならないことを意味し、したがって必然的に量子重力理論を含むことになります。
しかし、その逆は必ずしも真ではありません。素粒子物理学の標準模型を依然として別の文脈に含む重力の量子記述を見つけることは可能です。これでは万物理論にはなりません。量子重力だが万物理論ではない理論の例として、ループ量子重力があります。漸近安全重力も同様です。量子重力、はい。万物理論、いいえ。
因果フェルミオン系を理解するには、まず標準模型に何があるかを見る必要があります。標準模型の粒子はフェルミオンまたはボソンです。フェルミオンは電子やクォークのような粒子です。これらは質量とスピン1/2を持ちます。
ボソンはフェルミオン間の力を媒介する粒子です。電磁気力には光子、強い核力にはグルーオン、弱い核力にはWボソンとZボソンがあります。しかし標準模型の美しさは、フェルミオンが保存電荷を持つことを知っていれば、フェルミオンからボソンが得られるということです。
これは皆さんがご存知で愛用している電荷ですが、強い核力の色電荷、弱い超電荷なども含まれます。論理は次のとおりです。電荷が保存されるためには対称性が必要です。そして対称性が維持されるためには、ボソンが必要です。したがって、保存電荷を持つフェルミオンにはこれらのボソンが必要です。これが標準模型の動作原理です。
さて、因果フェルミオン系についてです。このアイデアを持った Felix Finster は、時空から始めてそこに粒子を配置するのではありません。単にフェルミオンという形の物質から始めるのです。
フェルミオンは一種のネットワークを形成し、ノードがフェルミオンによって占有されているかどうか、そして接続が因果関係となります。どのフェルミオンでしょうか？彼は標準模型のフェルミオンから始めます。そして、ボソンも得られることを示し、さらに、これが重要な部分ですが、重力も得られることを示します。
したがって、これは標準模型を無から導出する理論ではなく、既知のフェルミオンとその保存電荷から始まります。標準模型のフェルミオンがボソンと一緒に存在しなければならないことは分かっていたので、これは驚くことではありません。驚くべきは重力が得られることです。そして、これこそが万物理論に必要なものです。
その理由は、私の見解では、重力がフェルミオン間の因果関係に暗黙的に含まれているからです。これらの因果関係を機能させたいなら、すべてのエネルギーと質量に結合し、エネルギーと質量を保存する普遍的な相互作用が必要です。そして、これを行う方法は一つしかなく、それが重力です。
そして、これは当然、ネットワーク内のすべてのノードを、私たちが慣れ親しんでいる通常の時空を近似するように整理する方法につながります。したがって、このアプローチでは時空は実際にはフェルミオンがどのように相互作用するかを記述する方法に過ぎません。
さて、これが私が気に入っているアイデアの部分です。では裏面に移りましょう。
私は Finster が重力を理解すると言いました。実際にはこれは完全に正しくありません。彼は弱場の極限でのみ重力を理解しています。完全なアインシュタイン方程式は理解していません。今のところは。なぜなら、これを完成させる方法は一つしかないと思うので、おそらく遅かれ早かれ理解するでしょう。
Finster が因果関係に関する穏当な仮定から一般相対性理論を得られると言っているのは正しいと思います。実際、考えてみれば、これは以前の動画で話した Stephen Wolfram のハイパーグラフでも起こると彼が主張していることでもあります。ハイパーグラフは因果関係を記述します。根底にある時空はありません。しかし、因果性の要求は普遍的な力を導入し、これは重力しかあり得ません。
ちなみに、この動画には皆さんがどれだけ覚えているかをチェックできるクイズが含まれています。
さて、もしかするとフェルミオンの問題は進むべき正しい道ではないかもしれませんが、もう少し注目に値する興味深いアプローチだと思います。また、重力が因果構造に暗黙的に含まれているという考えが、さまざまなアプローチで独立して現れるように見えることも興味深く、これは何か真実があることを示唆していると思います。
これは、実際には空間と時間は本当に存在せず、何か他のものの完全に関係的なネットワークを記述する私たちの方法に過ぎないことを強く示唆しているように見えます。考えると頭が回ります。つまり、4次元時空に慣れ、空間と時間が実際に何であるかという問題に対処するだけでも十分困難です。しかし今度は、空間も時間も存在しないかもしれません。私の脳がまだこれに対応できるかどうか確信がありません。
とはいえ、このようなアプローチを数多く見てきましたが、有望だと感じる真実の核があるように見えます。しかし、実際には通常、一人の人がアイデアを推進し、その人が引退すると話は終わりです。科学の進歩は一つの葬式ずつ起こると言われます。しかし時々、葬式こそが私たちが進歩していない理由なのかと疑問に思います。
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