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疑問は物理学の発展の原動力 - 『新物理狂想曲』読後感

この本はイギリスの数学物理学者ロジャー・ペンローズが 2016 年に書いたもので、以前彼の書いた『現実への道』や『皇帝の新しい脳』を読んだことがありますが、どちらも理解するのが難しく、内容は非常に深く、独特の視点が多く、一定の数学と物理の基礎を持つ人にとってはじっくりと読むのに適しています。

この本の主な内容には、弦理論への疑問、量子力学の深い紹介、宇宙論に関するいくつかの想像や独創的なトルク理論の概要が含まれています。

以前、私は多くの弦理論に関する普及記事や動画を見ましたが、確かに非常にスタイリッシュで魅力的で、可能性のある統一理論ですが、最大の問題は観測が難しく、実験で検証するのが困難であることです。より多くの次元は主に数学的な必要性であり、現実の中では体感しにくいです。

量子力学は比較的理解しやすいです。以前、多くの普及記事を読んだことがありますが、直感に反することが多いものの、実験観測で検証できるものも多く、日常生活でも広く応用されています。物事は確定的ではなく確率的であるという見解は、私の自由意志の存在に対する信念にも合致しています。

宇宙論の重点はビッグバン理論、ブラックホールの進化、特異点定理です。ペンローズは「ブラックホールの形成が一般相対性理論の強力な予言であることを発見した」ため、2020 年のノーベル物理学賞を受賞しました。一般相対性理論は理論的にブラックホールの存在を許可し、ペンローズは一般相対性理論の枠組みの中で、非常に広範な条件下(主な条件は崩壊する物質のエネルギーが非負であること)で、ブラックホールが実際に形成され、特異点を囲むことができることを証明しました。これが特異点定理です。ペンローズのトポロジーの証明では、囚禁面は球対称である必要はありません。一旦囚禁面が現れると、物質は特異点に向かって崩壊し、特異点と視界は避けられません。ブラックホールと特異点はほぼ一般相対性理論の下で必然であり、複雑な現実の中で、十分に大きな質量の重力崩壊が必然的にブラックホールを引き起こすことを意味します。

トルク理論はペンローズが創始したもので、一般相対性理論と量子力学の統合を解決するための数学的ツールです。これは四次元時空(ミンコフスキー空間またはユークリッド空間)の点を三次元複素空間、つまりトルク空間の複素数として表現するものです。この部分は数学的な要求が私の理解を超えており、射影幾何学と複素数理論を再学習する必要があり、これ以上深く掘り下げることは実際にはできません。

全体的に見ると、近年の物理学は理論的に大きな突破口を迎えておらず、量子理論と一般相対性理論の修正が多いです。大きな発展を望むなら、弦理論などの少数の流行理論に大部分の資源を集中させるのではなく、もっと多くの人が新しい視点や新しい疑問を提起し、詳細な計算と綿密な実験観察を通じて物理学の発展を促進する必要があります。

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