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デイビッド・グロス:「超対称性が発見されるに違いない」3

投稿日時: 02/07 システム管理者

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漠然とした質問の性質
AS:私の友人は、基礎物理学の現在の状態を、コペルニクス理論が出現する前の時代と比較できるかどうか尋ねています。惑星の動きを予測することを可能にしたプトレマイオスシステム[訳者注)天動説]がすでにありましたが、その背後にある現象の物理学の理解はありませんでした。今は、方程式の背後にある物理的な意味が現れるのを待っていると言えますか?

DG:もちろん、私たちは何かを待っています。おそらくホーキングは私たちが何を待っているのかを正確に教えてくれるでしょう。しかし、ご存知のように、歴史が正確に繰り返されることは決してありません。私たちは未来が何であるかわからないので、私たちの時間を過去にあったものと比較することは非常に困難です。

AS:あなたが今構築している新しい基本理論には多くの希望があります。それは万物の一種の究極の理論になるはずです。しかし、新しいコンセプトが最終的なものになると考える理由は何ですか?今、重力の性質とは何かを尋ねているのなら、なぜ疑問が生じないのでしょうか、弦の性質は何ですか?等...

DG:自然!あなたがそれらを形成するとき、質問は非常に曖昧です。「自然とは何か」という質問は曖昧すぎて、ほとんど哲学的です。たとえば、私たちの多くは、微細構造定数[訳者注)微細構造定数とは、水素原子のスペクトル線の分裂を説明するときにアーノルド・ゾンマーフェルトにより導入された]が1/137である理由を理解したいと思っていますか?これは適切な質問です。しかし、そのような明確な質問への回答を受け取ったとしても、漠然とした質問のいくつかはより正確な定式化を見つけ、より正確な回答を必要とするため、私たちはまだ満足できません。答えを求めているすべての質問に答えることができたとしても、新しい質問が生まれます。これが科学の歴史です。そして、これは無期限に続きます。しかし、おそらくいつか私たちは、非常に満足のいく答えを見つけて、やめるでしょう。私はこの問題にとらわれません。おそらく、決定的な理論、「万物の理論」があります。しかし、そうでないかもしれない。だれも知りません。

自分自身を計算する世界
SP:数学は自然を表現するための言語であり、普遍的でなければならないとおっしゃいました。物理学で使用される分析法の言語を数値法に置き換えるという最近発表された提案についてどう思いますか?結局のところ、方程式を書く能力を奪われているので、これの背後にはまったく異なる哲学があります。

AS:はい、一部のプログラマーは、私たちの世界が計算可能かどうかに常に関心を持っていますか?

DG:コンピューター...現代のコンピューターの数値計算能力は驚くべきものだと思います。そしてもちろん、それらは理論物理学者が今日働く方法に強い影響を与えました。多くの人はもはや微分方程式を解こうとはせず、単に数値的にシミュレートします。そのため、一部のコンピューター科学者は、この傾向を限界まで押し上げています。

SP:スティーブン・ウルフラム、例えば?

DG:その通りです。Wolframは実際には計算の専門家であり、物理学者ではありません。彼は私の友人であり、私たちが会ったとき、私は彼に非常に強い議論をしました。彼は落胆したと思います。

SP:あなたの間で公開討論をするのは素晴らしいことです...

DG:私たちもそう思いますし、実際に議論するつもりですが、それはまだうまくいきません。

AS:私のコンピューターの友達はよく尋ねます:量子論はある意味で世界の基本的な離散性と同等であると言えますか?連続体の古典的なアイデアは現実の世界に関連していますか?

DG:いいえ、量子力学は離散理論ではありません。多くの人が無限大を非常に複雑な概念だと考えています。19世紀以来、世界のすべてのものが離散的で、有限で、計算可能であるべきであることを示す試みがなされてきました。ただし、無限大は非常に強力な概念です。そして、私は本当にそれをあきらめたくありません。

実際、計算手法は現在、幼児期に開発されています。20〜30年前のデバイスの機能と比べると、今できることは驚くべきことのように思えますが、将来の機能と比べると何もありません。コンピュータはまだそれほど賢くはありません。

そして、ウォルフラムについて話す文脈で特に興味深いもう1つのことは、完全に古典的なままである思考の性質です。私たちが計算アルゴリズムについて話すときに使用または考えるすべてのコンピューターは古典的です。しかし、過去10年間で、量子力学を使用することにより、計算、さらには実際のコンピューターの構築にも信じられないほどの可能性があることに気づきました。この方向にはすでに目覚ましい進歩があります。私の研究所は現在、量子コンピューターとコンピューティングのための量子力学システムの使用に関するプログラムを実装しています。また、場合によっては、従来のコンピューターよりも指数関数的に優れたパワーを得ることができることがすでに証明されています。

したがって、ある意味で、世界が独自の状態を計算していることは完全に真実です。これだけが量子力学の制御下で起こります。これは量子コンピューターであり、古典的なコンピューターではありません。そして、あなたのコンピュータの友達のほとんどは、量子力学について何も知りません。したがって、彼らはこれらすべてを50年前の観点から議論しており、強力なコンピューターは複雑な問題を解決できると言っています。そろばんの前に座って、現代のプログラミングの利点について話すようなものです。非常に原始的です。

弦理論には真の競合はありません
SP:弦理論と競合する理論について何が言えますか?

DG:実際、弦理論には本当の競合はいない。これが、非常に多くの人々が弦理論に取り組んでいる理由です。強い競争相手がいたら、他のことに取り組んでいる人もいるでしょう。重力のループ理論には何かがありますが、量子重力の理解など、限られた問題の枠組みの中でさえ、あまり成功していないように思えます。そらは古典的な重力を再現することさえできません。

SP:単一の理論の開発にそれほど多くの労力を費やすのはリスクが高すぎませんか?


DG:弦理論は、実際には特定の理論というよりもパラダイムだと思います。さらに、弦理論と場の量子論の間には非常に密接な関係があります。実際、この2つを区別することはさらに困難です。場の量子論は、強い相互作用、弱い相互作用、つまりすべての自然の力を説明するために使用されるツールです。したがって、弦理論には、このような幅広い問題に対処するための強力な競争相手はありません。そして、ある意味で、弦理論は代替手段ではないので破壊することはできませんが、逆に、ご存知のように、一般に受け入れられている物理学の理論的基礎として機能する場の量子論と密接に関連しています。

来たるべき物理学の革命について話すとき、私は弦理論を完全理論とは考えていません。私たちはまだそれが何であるかを理解しようとしています。そして、私たちはすでにそれに成功しているとは思いません。しかし、私が言ったように、私は革命が進行中であると信じています。そうは言っても、弦理論は根本的に新しいものではなく、実際には古い物理学と密接に関連しています。そして実際、私たちはすでに、核力をよりよく理解するために、すべての基本理論であると主張する、いわゆる弦理論の主要なセクションの1つを使用しています。したがって、弦理論は私たちの観察に関連しているため、反駁することはできません。

SP:では、理論的基礎だけでなく、弦理論の研究には直接的な観察の動機がありますか?

DG:それは理論的なつながりの問題です。弦理論はあなたがしなければならない多くのことに非常に役立ちます。あなたはそれを宇宙論の分野の研究に適用することを試みることができます、あなたはそうすることができます-核物理学をよりよく理解することを試みること。数学やゲージ理論へのリンクを調べることができます。若い研究者ができることはたくさんあります。

基本的な物理学における人々の仕事の方向性を決定するものについて話す場合、これらはまだほとんどない重要な実験結果(それらが現れることを願っています、少し待ってみましょう)、またはエキサイティングな領域のいずれかです。弦理論には強力な競合概念はありませんが、人々が取り組むことができる良い問題を提供します。本当にそうです。

量子対相対性理論
AC:「時間の簡単な歴史」、スティーブン・ホーキング(スティーブン・ホーキング)、ロジャー・ペンローズ(ロジャー・ペンローズの )による「皇帝の新しい心」、「エレガントな宇宙」グリーン・ブライアン(ブライアン・グリーン)などのノンフィクションの本から-その弦理論は一般相対性理論と量子論の間の矛盾を解決する試みであると結論付けることができます。この印象は正しいですか?

DG:非常に異なる本...実際、これは弦理論が有用であることが証明された問題の1つにすぎませんが、それを解決することは当初の目標ではありませんでした。弦理論は核相互作用の理論として始まりましたが、それは(カントの力学と相対性理論の間の矛盾を取り除いたこと- AS)は弦理論の最も重要な成功の1つです。そして、矛盾を含まない量子力学的相対論的不変式論であるという事実により、それが成功を収めたことは間違いありません。弦理論のブラックホールは、量子力学の原理に違反するクレイジーなオブジェクトではありませんが、通常のオブジェクトは弦理論にとって大きな成功を収めています。ホーキングのような男でさえそれを認めなければなりませんでした。ホーキングは何年もの間私に説得されましたが、彼は同意しませんでした。彼は一般相対性理論の量子力学が深刻な問題に直面していることを固く確信しており、私たちは量子力学を変えなければならないでしょう...

AS:そしてペンローズは一般相対性理論を変えたいと思っています...

DG:ペンローズは数学者で物理学者ではありません。真面目に受け止めてはいけません。ホーキング博士は自分が間違っていたと認めた 弦理論のおかげで、量子力学を変える必要がないことがわかってきました。これは弦理論にとって大きな成功です。そして、その理由の1つ、理論的動機の1つ(実験的証拠ではなく理論的動機!)は、まだ正確な予測を行うことができないにもかかわらず、人々を弦理論の軌道にとどめるものであり、概念を解決できるという事実です。パラドックス。これは物理学の発展にとって非常に重要です。量子力学もパラドックスを背景に発生しました。一方では古典物理学であり、他方ではボーアの原子モデルには互換性がありませんでした。これは理論的な問題であり、量子力学によって解決することができました。

そして、私たちはこれから何を得るでしょうか?
AS:あなたが話している基本的な物理学の新しい革命は、原子力や半導体の発見のようなものに、私たちの世界を変える何かに、いくつかの重要な社会的変化をもたらすでしょうか?

DG:誰が知っているのか...わかりません。実際、基本的な科学的知識の開発よりも、テクノロジーやアプリケーションを予測することははるかに難しいと思います。テクノロジーを予測し、科学を知っていても科学がどのように使用されるかを予測することは非常に難しいビジネスであり、関係する要因が多すぎます。

AS:しかし、そのような変化の可能性を期待していますか?

DG:実際、私たちがすでに理解し、実験でテストし、確認を受けたものについて質問するのもよいでしょう。たとえば、素粒子の標準模型や核相互作用の理解についてです。それらのアプリケーションはどうですか?たとえば、量子色力学の応用について何度も聞かれました。記者は常にこの質問に悩まされています:「これの用途は何ですか?」そして、私は何も考えることができません。

しかし、歴史は、あなたが何も考えられないときでさえ...同じ量子力学を取りなさい-量子力学の用途は何ですか?ハイゼンベルグに量子力学の使用法を尋ねた場合、彼がトランジスタやレーザーについて教えてくれるとは思えません。しかし、それらは現れました。アプリケーションを予測することは非常に困難です。20世紀に私たちが達成した基本的な相互作用の信じられないほどのレベルの理解でさえ、まだ何かにとって有用か有害かわかりません。新しい武器、新しい薬、または新しい道具は作られませんでした。しかし、誰が知っているでしょうか?技術を予測することは非常に困難です。誰もトランジスタを予測しませんでした。IBMが1950年代にコンピューターについて考えたとき、彼らはコンピューターを、ラップトップの処理能力を備えたこのホテルのサイズの建物と考えていました。

応用科学としてのビッグバン
SP:あなたの講義には、理論物理学全般、特に弦理論が「好奇心からだけでなく、私たちの世界の起源を理解しているかどうかを知りたいから」発展しているという声明があります。個人的には、研究の主な動機は好奇心ですが、世界の起源の問題は実用的だと思いますか?

DG:もちろん、主な動機は好奇心です。これが基礎科学を前進させるものです。しかし、好奇心を通じて得られた質問への回答が、ある意味で有用である場合、科学者は誰でも大きな道徳的満足を得ることができます。それで、私は物理学の基本法則の新しい知識を他の科学分野に適用することについて話しました。

最も注目に値するアプリケーションの1つは宇宙論です。そのため、弦理論家は宇宙論者や天体物理学者と多くのことを話します。宇宙論者たちは現在、ビッグバンとビッグバン自体の後の宇宙の発達の初期段階を理解しようとしています。そして、この分野では、私たちの関心のある領域が重なっています。したがって、弦理論で私たちが尋ねる質問を理解せずに、包括的な宇宙論や宇宙の歴史を構築することはできません。

しかし、弦理論の他のアプリケーションもあります。これは弦の物理学者をとても幸せにします。特に、私たちが新しい数学を発見しているという事実。または、核の相互作用について異なる考え方をする能力。これにより、計算を改善できます。これはすべて非常に満足のいくものです。この理論は科学の発展に不可欠なステップであり、量子力学と同じように多くの用途があります。

何を読むか
AS:そして最後の質問です。弦理論の一般的な説明を探している人にどのようなアドバイスをすることができますか?あなたの講義では、「二重性」、「量子測定」、「ゲージ理論」など、かなり複雑な用語を使用しています。多くの人にとって、これは完全に理解できないように聞こえます。一般の人に何をすすめますか?

DG:あまりありません。ブライアングリーンの本があります...

SP:エレガントな宇宙のことですか?

DG:はい、そして2冊目の本はすでに書かれています- 「宇宙の構造:空間、時間、そして現実の質感」。リサ・ランドールによって書かれた、余分な次元についての良い新しい本があります- 「ワープする宇宙―宇宙の隠された次元の謎を解き明かす」。私自身、このような公開講座をもとに小さな本を書くつもりです。しかし、あなたが知っている、良い人気のある科学の本を書くことは非常に難しいです。そして、Barton Zwiebachによって書かれた、弦理論の学生のための良い教科書があります。これは、場の量子論をまだ研究していない物理学の学生向けに設計されたこの種の最初の教科書です。そして、これはとても良い本です。


[訳者注↓]