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物理学者たちは一世紀にわたって万物の理論を探し求めています。アインシュタインも既に挑戦して失敗しており、その後に続いた千人もの研究者たちも同様でした。大衆向けの科学ニュースを追っていると、二週間おきに新しい万物の理論が現れては、その後まったく聞かれなくなることがお分かりになるでしょう。
私はこれらの新しい理論を分析する動画を数多く制作してきました。なぜなら、もしかするとその中の一つが正しいものかもしれないからです。そこで今日は、これらすべての理論が失敗する主な理由と、私が考える最も有望なアプローチについて検討したいと思います。
これらすべての万物の理論が失敗する第一の理由は、それらが実際には万物の理論ではないということです。万物の理論とは、覚えておられるように、四つの基本的相互作用、すなわち電磁気力、強い核力と弱い核力、そして重力を一つの枠組みに統合するものです。最初の三つは量子理論ですが、重力はそうではありません。
これらの万物の理論の問題は、量子的な部分を完全には含んでいないということです。つまり、量子物理学における測定過程を含んでいないのです。どの理論もそうしていません。そして、測定がどのように機能するかを説明しない万物の理論とは何でしょうか。どうしてそれがすべてを説明できるのでしょうか。
具体的に申し上げましょう。測定は検出器によって行われ、検出器は標準模型の一部である粒子でできています。ですから、その万物の理論は本当にそれを説明すべきなのです。しかし、私が見てきた万物の理論のどれもそれをしていません。測定過程を説明していないのです。弦理論も確実にそうしていません。なぜ誰もそれが機能しないことに驚くのでしょうか。
第二の理由は、万物の理論は必要ないということです。つまり、確かに標準模型と一般相対性理論の間には不一致があります。なぜなら標準模型は量子的性質を持つ一方で、一般相対性理論はそうではないからです。しかし、この問題を解決するのに共通の参照枠組みは必要ありません。
例えば、ループ量子重力理論や漸近的安全重力理論は、重力に量子的性質を与えることでこの緊張を解決しますが、重力を標準模型と共通の参照枠組みで融合させることはしません。これが重要な理由は、万物の理論のための共通枠組みが数学的に必要でないため、どのような数学的仮定をすべきかが分からないからです。これにより多くの曖昧さが生まれ、物理学者たちは推測でそれを埋めています。
これが例えば、ガレット・リジのE8理論やワインシュタインの幾何学的統一理論の問題です。彼らは特定の数学的構造を特に評価するために追加の仮定を立てますが、なぜその構造なのか、なぜ他のものではないのか。そして、これらすべての推測が失敗をほぼ確実にしているのです。
第三の理由は、万物の理論が最終的な理論ではないかもしれないのに、誰もがそれを当然視していることです。つまり、誰もが標準模型と一般相対性理論を組み合わせた理論は、それ自体で未解決の問題を残すべきではなく、あらゆるエネルギーで機能しなければならないと当然視しています。この万物の理論の下には何もなく、それはパズルの最後のピースであり、あるいは棺の釘である、というのがあなたの視点です。
私は、理論が最終的で完全であるということもまた追加の仮定であり、おそらくそれは過度の仮定だと言いたいのです。なぜ野心を捨てて、単純に標準模型と重力を組み合わせないのでしょうか。おそらくこの組み合わせは最終的な理論ではなく、おそらくその下にはより深いレベルがあるのです。
第四の、そして最後の理由は、万物の理論が現在流行している美しさと単純さの要件に応えられないかもしれないのに、これらがしばしばその構築に使用されていることです。これの一例として、私が以前に話したことがある「自然性」と呼ばれる数学的前提があります。しかし、万物の理論はこの意味での「自然」ではないかもしれません。ですから、それがそうでなければならないと仮定すれば、探しているものは見つからないでしょう。
他にも似たような要件があります。例えば、万物の理論への多くのアプローチは対称性から始まります。この点で歴史的な前例があります。もちろん、対称性は標準模型において素晴らしく機能しました。しかし、おそらく対称性がどこから来るのかを問う時が来ているのです。おそらく対称性自体が他の何かから現れる、すべてを説明するその理論から。
私自身の言葉に耳を傾けると、時々試みはするものの滅多に気に入らないのですが、これは私を万物の理論への最も有望なアプローチがペンローズの重力誘起崩壊のアイデアであるという少し奇妙な結論に導きます。
なぜなら、第一に、それは測定問題を真剣に受け取っているからです。第二に、それは重力と量子理論の両方を含んでおり、ペンローズがこの側面を考慮したことはありませんが、私はこの測定過程が標準模型にも機能すると確信しています。第三に、ペンローズは最終的理論であるという主張を一切していません。第四に、追加の仮定、新しい対称性、推定される「自然な」定数を持ち込んでいません。
ペンローズのモデルは最近実験的に反証されたのではないでしょうか。いえ、実際にはそうではありません。実験的に除外されたのはペンローズ・ディオジ模型と呼ばれるものですが、なぜこれにペンローズの名前が関連付けられているのか確信がありません。ペンローズ・ディオジ模型は明らかに非局所的で一般共変ではないので、それが問題であることに驚きません。
誤解しないでください。それがテストされて破棄されたのは素晴らしいことです。そうすることで私たちは前進できるのです。しかし、ペンローズのアイデアはそのようには機能しません。
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