第7章　量子重力理論と時間

自然界の力は4つしかない

①電磁気力

伝記の力と、磁気の力は同一のもの

私たちがふだん感じている「力」とは、

重力を覗けばすべて電磁気力



②強い力

クォークを結び付けて陽子や中性子をつくり、

さらに陽子や中性子を結びつけて、原子核をつくる力



③弱い力

原子核のベータ崩壊、中性子の崩壊などの原因となる力

電磁気力よりもはるかに弱い



3つの力に共通すること

これらの力が働くときには、素粒子を媒介としている

電磁気力　光子

強い力　「グルーオン」

弱い力　「W粒子」や「Z粒子」

力の媒介となる粒子のことを「ボース粒子」（ボゾン）と呼んでいる



④重力

質量を持っているすべての物質に働く（ダークマターやダークエネルギーにも）

「重力子」という仮想の素粒子は、2020年6月現在まだ発見されていない

ないかもしれない

重力は、4つの知からの中ではとんでもなく小さい（電磁気力の10のマイナス36乗）

相手に対して、引力しか及ぼさない

ほかの3つの力は引力と斥力が相殺されて大きな力にはならないことが多い

⇔重力は一方通行だからこそ、どんどん遠方に伝わる



重力も量子力学で統一的に扱いたいー物理学の究極の目標

「電弱統一理論」「ワインバーグ＝サラム理論」…→「大統一理論」…→「量子重力理論」



ゼロで割る割り算　「発散」　答えが目現代になってしまって決められないので、禁止



電磁気力の媒介光子も大きさ０　

「繰り込み理論」　朝永振一郎、シュウィンガー、ファインマン



「超弦理論」（「超ひも理論」）

素粒子の大きさがゼロの点ではなく、長さをもつ「弦」とよばれるものであると考える理論

9次元の空間と1次元の時間

「超対称性」

物質をつくる「フェルミ粒子」（フェルミオン）と、

力を媒介するボース粒子には対称性があると考える

私たちにとっては余分な6次元の空間は、

人工的な「コンパクト化」と呼ばれる収縮をして、目に見えないようになると考える

弦は2種類　「開いた弦」（フェルミ粒子やボース粒子）と「閉じた弦」（重力子）



「ループ量子重力理論」

時空は3次元の空間と1次元の時間

時空多様体の扱いを、量子的に離散的なものとして取り扱う

「ノード」と呼ばれる点と、それらを格子状に結ぶ「エッジ」と呼ばれる線からなる

ネットワークで、時空全体が表されると考える

（数学の「グラフ理論」に似ている）

「スピンネットワーク」

「スピン」と呼ばれる素粒子の回転の方向が重要な意味をもつ

重力を表す「輪っか」を「ループ」と呼ぶ