【宇宙の謎】次元とは一体何なのか!?

Summary

The script explores the concept of dimensions, starting from the 3D world we inhabit and delving into the possibility of higher dimensions beyond our perception. It explains dimensions as the number of directions in which one can move within a space, progressing from 0D points to 1D lines, 2D planes, and 3D volumes. The video discusses the idea of a 4D space, where an additional direction perpendicular to the 3D axes allows movement. It also touches on historical perspectives from Euclid and Aristotle and the contributions of Descartes and Einstein to our understanding of dimensions and spacetime. The script further speculates on the implications of higher dimensions on physics, including the potential unification of forces and the unique behavior of gravity in higher dimensions, suggesting that our universe may be part of a more complex, multidimensional reality.

Takeaways

• 🌌 We live in a 3-dimensional space, but the concept of dimensions is frequently discussed in science fiction and theories about the universe.
• 🔍 Dimensions can be understood as the number of directions in which you can move within a space; 0-D is a point, 1-D is a line, 2-D is a plane, and 3-D is our volume-filled world.
• 🌀 Current physics research suggests that there may be additional hidden dimensions beyond the 3rd, possibly up to 4 or more dimensions.
• 🤔 Hidden dimensions imply the existence of new directions that are orthogonal to the known dimensions, allowing movement in ways we haven't experienced in our 3-D world.
• 📚 Historically, Euclid and Aristotle defined basic geometric concepts related to dimensions, stating that beyond 3-D, no additional dimensions exist.
• 📊 René Descartes introduced the coordinate system, which helps define the position of points in different dimensions through a set of numerical values.
• 📈 As dimensions increase, so do the complexities and possibilities; 1-D has length, 2-D has area, and 3-D has volume, with each dimension adding new characteristics like shape and orientation.
• 🕒 Time is often considered the 4th dimension, but unlike space, it is unidirectional and doesn't have a corresponding negative direction.
• 🌈 The theory of relativity by Einstein merged the 3rd dimension with time to form a 4-D spacetime continuum, suggesting that time and space are interconnected.
• 🔧 Theories like Kaluza-Klein and string theory propose the existence of additional dimensions compactified within our 3-D space, influencing our understanding of fundamental forces like gravity.
• 🔨 In higher-dimensional theories, the behavior of forces and particles can change significantly, possibly explaining the weakness of gravity compared to other forces.
• 🚀 The possibility of scientifically proving the existence of higher dimensions remains a topic of active research and could reshape our understanding of the universe.

Q & A

What is the concept of dimensions as explained in the script?

The concept of dimensions refers to the number of directions in which one can move within a space. It starts from 0-dimension, which is a point with no size or direction, to 3-dimensions which is the space we live in, allowing movement in up-down, left-right, and forward-backward directions.

How does the script relate the idea of dimensions to everyday objects?

The script uses everyday objects to illustrate the concept of dimensions. For instance, it explains that a line (1-dimension) allows movement in one direction (forward-backward), a plane (2-dimension) allows movement in two directions (left-right and forward-backward), and our 3-dimensional world allows movement in three directions (up-down, left-right, and forward-backward).

What is the significance of the 4th dimension as discussed in the script?

The 4th dimension, according to the script, is a theoretical dimension that is perpendicular to the three known dimensions of height, width, and depth. It suggests the existence of a new direction in which one could move, beyond our current understanding of space.

How does the script connect the concept of dimensions to ancient Greek mathematicians?

The script mentions ancient Greek mathematicians like Euclid and philosophers like Aristotle to show that the concept of dimensions has been studied for centuries. Euclid defined basic geometrical figures, while Aristotle stated in his work 'On the Heavens' that there were no dimensions beyond the three spatial ones.

What is the role of René Descartes in the context of dimensions?

René Descartes, a French philosopher and mathematician, is credited with creating the concept of coordinates. His work laid the foundation for understanding dimensions in terms of specific points in space determined by a set of numerical values.

How does the script explain the concept of compactification in relation to extra dimensions?

The script explains that compactification is a method proposed by physicists卡尔茨 (Theodor Kaluza) and克林 (Oskar Klein) to incorporate extra dimensions into a smaller, compact form within our 3-dimensional space. This concept suggests that extra dimensions exist but are so small and curled up that they are not directly observable.

What is the Kaluza-Klein theory and how does it relate to the concept of extra dimensions?

The Kaluza-Klein theory, proposed by Theodor Kaluza and Oskar Klein, suggests that our universe may have more than the three spatial dimensions we experience. It posits that there could be additional dimensions, curled up at such small scales that they are not directly observable, but which could unify the forces of nature, including gravity, into a single framework.

How does the script discuss the impact of higher dimensions on gravity?

The script suggests that if higher dimensions exist, gravity could spread out into these dimensions, making it weaker in our perceived 3-dimensional space. This could explain why gravity is much weaker compared to other fundamental forces like electromagnetism.

What is the role of the 4th dimension in the theory of relativity?

In Einstein's theory of relativity, the 4th dimension is time. It is combined with the three spatial dimensions to form a 4-dimensional continuum known as spacetime. This concept suggests that time and space are not separate entities but are interconnected.

How does the script relate the concept of dimensions to the behavior of light?

The script discusses the constancy of the speed of light, a principle of Einstein's theory of relativity, to illustrate that light travels at the same speed for all observers, regardless of their relative motion. This principle supports the idea that dimensions, including time, behave in specific ways that are fundamental to our understanding of physics.

What is the script's stance on the possibility of proving the existence of higher dimensions?

The script acknowledges that while the idea of higher dimensions is a compelling concept in theoretical physics, there is currently no empirical evidence to prove their existence. It suggests that the idea remains a topic of active research and scientific debate.

How does the script use the concept of dimensions to explain the properties of particles and forces in the universe?

The script discusses theories like string theory and M-theory, which propose that fundamental particles and forces are manifestations of tiny, vibrating strings or membranes in higher-dimensional spaces. These theories attempt to unify all known forces and particles within a single, coherent framework that operates in more than the three spatial dimensions we are familiar with.

Outlines

00:00

🌌 Understanding Dimensions - From 3D to Higher Dimensions

This paragraph introduces the concept of dimensions, explaining how we live in a three-dimensional space and how the term 'dimension' is frequently used in science fiction and cosmology. It explores the idea that our world might contain hidden dimensions beyond the 4th, as suggested by recent physics research. The explanation begins with the simplest form of dimension, a point (0-D), and progresses through lines (1-D), planes (2-D), and our familiar 3-D world. The paragraph also touches on the historical understanding of dimensions, from ancient Greek mathematicians like Euclid and philosophers like Aristotle, to the coordinate system introduced by René Descartes. It emphasizes the increasing complexity and freedom of movement with each additional dimension, leading to the concept of a 4-D space where movement is possible in an entirely new direction perpendicular to the known three dimensions.

05:02

📐 Shapes and Geometry in 2D and 3D Worlds

This paragraph delves into the variety of shapes that exist in 2D and 3D spaces, highlighting the differences in how these shapes are perceived and interact with their environments. In 2D, shapes like squares, circles, and irregular forms are defined by their boundaries and areas, with concepts like angles and rotation gaining significance. The transition to 3D introduces volume, allowing for the existence of solids like cubes, pyramids, and donuts with holes. The paragraph explains that while 2D shapes cannot have holes that穿透, 3D shapes can because of the additional dimension. It also discusses the concept of moving from one dimension to another, such as how a point moving in one direction creates a line (1-D), and a line moving in a different direction creates a plane (2-D). The idea is extended to speculate on the possibility of creating a 4-D object by moving a 3D solid in a new direction.

10:03

🕒 The Fourth Dimension - Time and Its Implications

This paragraph discusses the concept of time as the fourth dimension, distinct from the spatial dimensions of length, width, and height. It explains that while space has three dimensions allowing for freedom of movement, time only progresses in one direction from the past to the future, a property known as the 'arrow of time.' The paragraph references Einstein's theory of special relativity, which posits that the speed of light is constant for all observers regardless of their relative motion. This leads to the concept of spacetime, where space and time are interconnected. The paragraph also introduces the idea proposed in the 1920s that space might be inherently four-dimensional, with gravity potentially being weaker in our 3-D experience because it is distributed across additional dimensions. This idea, although not proven at the time, has significantly influenced later developments in physics.

15:04

🧵 String Theory and the Fabric of Higher Dimensions

This paragraph explores string theory, a theoretical framework in which the fundamental constituents of the universe are not particles but one-dimensional 'strings.' It explains that these strings vibrate at different frequencies, giving rise to the various particles and forces we observe. The theory predicts the existence of higher dimensions, specifically 9 spatial dimensions and 1 temporal dimension within a 10-dimensional spacetime. The concept of compactification is introduced, where the extra dimensions are 'curled up' at every point in space, being too small for us to perceive. The paragraph discusses the possibility that our 3-D world is a 'brane' or membrane within a higher-dimensional space, and that gravity is weak because the gravitational 'strings' can move freely in the extra dimensions, unlike other forces that are confined to our 3-D brane.

20:06

🌍 Gravitational and Electrostatic Forces in Higher Dimensions

This paragraph examines the implications of higher dimensions on the laws governing gravitational and electrostatic forces. It explains how the inverse square law, which describes the decrease in gravitational and electrostatic force with the square of the distance, is specific to 3-D space. In a 4-D world, the force would decrease with the cube of the distance, leading to a weaker gravitational interaction. The paragraph also discusses the stability of planetary orbits and atomic structures in higher dimensions, suggesting that our existence in a 3-D world is evidence of its suitability for the formation and stability of atoms and, by extension, everything made of atoms. It concludes with a speculative thought on what the 4-D space might be like if it exists, whether it's too small for us to detect or a special dimension that our material cannot enter.

Keywords

💡Dimensions

Dimensions refer to the different directions in which an object or entity can move or expand. In the context of the video, dimensions are used to describe the complexity of space, starting from 0-dimensional points to higher dimensions like the 3-dimensional world we live in, and even theorizing the existence of 4 or more dimensions.

💡Physics

Physics is the scientific study of matter, energy, and their interactions. In the video, physics is used to explore the concept of dimensions and how advanced physics theories, such as string theory and general relativity, propose the existence of higher dimensions beyond our everyday experience.

💡String Theory

String theory is a theoretical framework in which the point-like particles of particle physics are replaced by one-dimensional objects called strings. It proposes that all fundamental particles are made up of these strings, and that different vibrational modes of the strings correspond to different particles.

💡General Relativity

General relativity, proposed by Albert Einstein, is a theory of gravitation that describes the gravitational force as a curvature of spacetime caused by mass and energy. It fundamentally changed the way we understand space, time, and gravity, and has been confirmed by many experiments and observations.

💡Kaluza-Klein Theory

The Kaluza-Klein theory is an extension of Einstein's general relativity that includes an additional spatial dimension. This extra dimension is assumed to be compactified or 'curled up' at very small scales, making it invisible at human scales but allowing for a unified description of gravity and electromagnetism.

💡Compactification

Compactification is a process in theoretical physics where extra dimensions are made very small, effectively 'curled up' so they are not observable at macroscopic scales. This allows for theories with more dimensions to be consistent with our 3-dimensional experience of space.

💡Gravitational Force

Gravitational force is the attractive force that acts between all masses in the universe. It is one of the four fundamental forces of nature and is described by Einstein's general theory of relativity as the curvature of spacetime caused by mass.

💡Spacetime

Spacetime is the four-dimensional continuum of three spatial dimensions and one temporal dimension, the fabric of the cosmos where events occur and physical objects move and interact. It is a central concept in the theory of relativity, integrating space and time into a single entity.

💡Aristotle

Aristotle was an ancient Greek philosopher and scientist who greatly influenced Western philosophy, logic, and science. In the context of the video, Aristotle is mentioned for his belief that three dimensions were the only ones needed to describe space, as he defined a solid as having length, width, and height.

💡Euclid

Euclid, also known as Euclid of Alexandria, was an ancient Greek mathematician often referred to as the 'Father of Geometry'. His Elements is a collection of definitions, axioms, theorems, and proofs concerning geometry and number theory, which has been used to teach mathematics for over two millennia.

💡René Descartes

René Descartes was a French philosopher, mathematician, and scientist who is credited with the invention of the Cartesian coordinate system, which allows the representation of geometric figures and equations in a two-dimensional plane using a set of perpendicular axes.

Highlights

We live in a 3-dimensional space with height, width, and depth.

The concept of dimensions is frequently used in science fiction and discussions about the universe.

Recent physics research suggests the existence of hidden dimensions beyond the 4th dimension.

Hidden dimensions imply the possibility of movement in directions we are not aware of.

In 0-dimension, a point cannot move in any direction, while in 1-dimension, a line can move back and forth.

2-dimensional planes can move in all directions including left, right, up, and down, like the surface of the Earth.

Our 3-dimensional world allows free movement in all directions including up, down, left, right, forward, and backward.

In 4-dimensional space, there exists an additional new direction perpendicular to the 3 dimensions of height, width, and depth.

The ancient Greek mathematician Euclid defined points, lines, and solids in terms of dimensions.

Aristotle, another ancient Greek philosopher, stated that there are no dimensions beyond solids in his work 'On the Heavens'.

René Descartes introduced the concept of coordinates to define the position of points in a 2-dimensional space.

Dimensions help us understand the size and complexity of objects, from 0-dimensional points to 3-dimensional volumes.

In 2-dimensional space, we can compare areas and shapes, unlike in 1-dimensional space.

3-dimensional space introduces the concept of volume, with shapes like cubes and spheres.

4-dimensional objects, if they exist, would have properties beyond our comprehension, such as the ability to reverse left and right.

If 4-dimensional space exists, it could explain the weakness of gravity compared to other fundamental forces.

The idea of compact dimensions suggests that higher dimensions exist but are curled up and hidden within our 3-dimensional space.

String theory predicts the existence of 6 extra dimensions, with strings vibrating in these dimensions to create particles.

The卡拉比-姚空间, proposed by string theory, is a complex shape that represents the compactified extra dimensions.

The concept of higher dimensions has practical implications for our understanding of the universe, from gravity to the structure of atoms.

The video encourages viewers to subscribe to the channel for more informative content on the mysteries of dimensions.

Transcripts

私たちは縦横高さからなる3次元の空間に

住んでいますSF映画や宇宙の話でも次元

という言葉がよく使われます次元とは一体

何なのでしょうか最新の物理学の研究では

実はこの世界には4次元以上の隠れた次元

が存在すると考えられています隠れた次元

とはどういうことなのでしょうか今回は

興味深い次元の世界についご紹介していき

ます

こんにちは宇宙のおチャンネルですご視聴

ありがとうございます高評価チャンネル

登録をしていただけると励みになり

ます次元とは簡単に言えばどの方向に

動けるかを数えたものですまずは点です点

はどの方向にも動くことができないためゼ

次元と言えます次に直線を考えてみ

ましょう直線の上では前後に動くことが

できますこれは一次元ですさらに平面は

どうでしょうか平面では直線の前後だけで

なく左右にも動けますこれは2次元になり

ます地球の表面も2次元です井戸と軽度の

2方向に動くことができるからですそして

私たちが生活している世界は前後左右に

加えて上下という3つの方向に自由に動く

ことができますこれが3次元ですでは4つ

目の方向に自由に動けるとしたらどうなる

でしょうか次元とはその空間で自由に移動

できる方向の数ですから4次元空間では縦

横高さそれら全てに直角なもう1つの新た

な方向にも動くことが可能となります

つまり普通の立法体は3次元で上下左右

前後に動くことができますが4次元空間で

は立法隊が存在する空間そのものが全く

新しい方向つまり第4の方向に移動する

ことができるのです次元という考え方は

物事の大きさや複雑さを理解するために昔

から使われてきまし

た紀元前300年頃の古代ギリシャの時代

数学者ユークリッドは非科学のそれまでの

成果を言論にまとめましたユークリッドは

点や洗面立体を次のように定義しました点

は大きさもなく場所だけを示すもの線は長

さだけがあり幅がないもの面は長さと幅が

あるけれど厚さがないもの立体は長さと幅

と高さがある私たちが普段見ている物体の

ようなものまた同じ古代ギシの時代の哲学

者アリストテレスは著書天体論で立体は

完全な形でそれ以上の次元は存在しないと

書きましたまた言論の中では先ほどの定義

の他に線の両端は天である面の端は線で

ある立体の端は面であるという定義もされ

ていますこれらの定義は私たちが次元の

概念を理解する助けとなりますフランスの

哲学者であり数学者でもあったルネ

デカルトは座標という考え方を作り出し

ましたデカルトの考えでは次元とは特定の

点の場所を決定するために必要な数字の数

と説明できます例えば大きさを持たない点

はその中に位置を特定することはできませ

んだから点は0次元と言えます一方直線上

や曲線上の点の位置を決めるには基準点

からの距離にあたる1つの数字が必要です

もし基準点から反対側に進む場合その距離

はマイナスの値を持ちます直線や曲線で

特定の点の場所を決定するために必要な

数字の数は1つなので直線や曲線は1次元

となります面は方眼子をイメージしてみ

ましょうある点の位置を示すためには縦軸

と横軸の両方2数値が必要です2つの数字

が必要なので面は2次元です地球の表面も

同様で特定の場所を示すためには井戸と

軽度の2つの数値が必要です

よって地球の表面や他の球面も2次元と

言えます1次元の世界つまり直線上では2

つの領域aとbを比較する基準は長さだけ

ですしかし2次元の世界つまり平面上では

領域aとbを比較するための新たな基準が

登場しますそれが面積ですさらに2次元の

世界で面積だけでなくもう1つの特徴を

用いて領域とBを比較することもできます

それが形です直線上の一次元世界には存在

しないさ各形や四角形円形や楕円形さらに

は曲線に囲まれた不規則な形状といった

多様な形が2次元の世界では存在します

この形について扱う学問が科学

です北学は一次元には存在しませんまた

角度や回転といったも2次元の世界で

初めて意味を持つようになりますまた曲線

の曲がりは形に相当しそうに思えますが

それは私たちが3次元の世界から1次元の

世界を見下ろしているからですもし1次元

の世界に住む生物が存在したとしたら彼ら

にとっては方向は前後しかなく自分たちが

存在する線がどう曲がっているかは認識

できないはずですそれは彼らが戦場を移動

することしかできず見ることができるのは

前後の点だけだからです2次元の世界

つまり平面では面積を持つ多様な図形が

存在します三角系や円といった図形がこれ

に当たります次元が1つ増えて3次元の

世界になると空間に生まれるのは立体で

体積を持ちます立体には直方帯野球三角

切りや塩水そして精子面体など多くの種類

がありますそしてこの3次元の世界にしか

存在できない形状がドーナツのような穴が

開いている形状です2次元の世界では穴が

開いた図形を作ることはできません例えば

正方形に穴を開けようとするとそれはただ

のへこみになりますそしてその穴をそこ

まで貫通させると元の正方形は2つの長方

形に分割されてしまいますこれは2次元の

世界において穴が存在できないことを示し

ていますもし1つの点0次元を1つの方向

に動かすとそれは1本の線1次元を形成し

ます同様に1本の線を線とは異なる方向に

動かすとそれは平面2次元を形成します

これらの理解から立体3次元は平面を立体

とは別の方向に動かすことで生まれると

考えることができますさらにこの考え方を

応用すれば立体をを動かすことで4次元の

小立法体が作られると推測できますそれで

はこの4次元の小立法体とは具体的にどの

ような存在なのでしょう

か1本の線は2つの点によって定義され

四角形は4つの線によって定義され立法体

は6つの四角形によって定義されますこれ

を踏まえると小立法体は8つの立法体に

よって定義されると考えられますしかし

私たちが生活している3次元の世界では小

立法体を直接観察することはできません鏡

の中に移る自分の姿は本当の自分とは左右

が逆になっています例えばあなたが右手を

上げると鏡の中のあなたは左手を上げて

いるように見えますそして顔の右側にある

ほは鏡の中では左側に移りますですから

もし鏡の中の自分が3次元の世界に出てき

ても本当の自分とぴったりと重なることは

できないのですでももし4次元の空間が

存在しそこで動き回ることができるとし

たら鏡の中の自分を本当の自分と全く同じ

姿にすることが可能になります4次元の

空間に移動しそこで体を回転させると右手

は左手になり右側にあったほは左側に移動

しますこの左右の反転は私たちの体の中に

存在するアミノ酸や武道刀といった微小な

分子でも見られますこれらの分子には左手

型と右手型という2つの形がありそれぞれ

が胸像の関係にあります実際地球上の生物

の体内に存在するアミノ酸のほとんどは

左手形で武道刀は右手形ですもし4次元

空間に行けばこれらの分子は全て左右反転

することになるでしょうもし左右が非対象

な立体を3次元空間でどれだけ回転させて

も左右は反転しませんしかし4次元空間で

は物体を新たな次元に沿って回転させる

ことが可能になると考えられますこの新た

な次元の回転を通じて物体の左右を反転さ

せることが可能になるのです私たちが生活

するこの世界では物の位置を特定するため

には縦横高さの3つの情報が必要ととなり

ますですが本当にこれら3つだけで十分な

のでしょう

かちょっと想像してみてください友人のA

さんとBさんが明日会う約束をしたとし

ますしかし翌日2人は会うことができませ

んでした2人は場所を決めたものの時間を

決めていなかったのですこのように物事を

特定するためには場所だけではなく時間も

重要な要素となります従って時間も一種の

次元と言えるかもしれませんこれが私たち

が普段感じている第4の次元つまり時間軸

ですしかし時間は空間とは大きく異なる

性質を持っています例えば空間は3次元で

あり自由に動き回ることができますが時間

は過去から未来へと1方向にしか進めませ

ん空間の3次元はプラス方向とマイナス

方向が存在しますが時間にはそうした対当

性はありません過去の出来事は未来に影響

を与えますが未来の出来事が過去に影響を

与えることはできませんこの時間の位方向

性を時間の矢と呼んでいます

アインシュタインの特殊相対性理論は光の

速度は常に一定であるという高速度普遍の

原因に基づいていますこれは光の速度は

観測者などのような状況化にあっても変ら

ないということを意味します例えばあなた

が自転車で前進している時にボールを前に

投げるとボールの速度はあなたの自転車の

速度とボールを投げる速度の輪になります

つまり自転車で時速10kmで走っていて

その上で前に時速10kmでボールを投げ

たらボールの速度は時速20kmになり

ますしかし光に対してはこのルールが適用

されません例えばあなたが自転車で前進し

ながらライトを前に向けて光らせたとし

ましょうその光の速度は自転車の速度と光

の速度を足した速度になるわけではなく常

に光の速度つまり秒速約310万kmに

なりますこれが高速度普遍の原理です

さらにライトの光を見ている人が自転車の

後ろを走っていたとしてもその人にとって

の光の速度もまた秒速約30万

ですつまり光の速度は観測者の速度に関係

なく常に一定なのですさらに

アインシュタインは時間と空間は密接に

関連していて一緒に伸びたり縮んだりする

と提唱しましたこれを時空と呼びドイツの

数学者エルマンミンコフスキーが初めて

この概念を紹介しましたこれにより我々の

生活する世界は3次元の空間と1次元の

時間で構成される4次元軸とみなすことが

可能になりました私たちは普段身の周りの

世界を3次元の空間つまり立て横高さの3

つの方向で考えていますそして

アインシュタインは特殊相対性理論で3

次元に時間を一体化させて4次元軸と呼び

ましたしかし1920年代に空間自体が4

次元であるという新しい考え方が提案され

ますこの考えを提唱したのはドイツの数学

者テオドールカルツとスウェーデンの物理

学者オスカルクラインですカルツは

アインシュタインの一般相対性理論を研究

している最中に4次元の空間でも理論が

成り立つことに気づきました縦横高さに

さらに新たな1つの方向つまり4つ目の

次元を加えても理論自体は矛盾しないと

気づいたのですそしてこの4次元の空間を

考えることで彼らは重力と電磁気力という

それまで別々の力として扱われていたもの

を1つの理論で説明する可能性を見つけ

ましたこれは確信的なアイデアだったの

ですが残念ながら彼らの理論を証明する

ことはできませんでしたしかしこの空間が

必ずしも3次元である必要はないという

新しい視点はその後の物理学の発展に

大きな影響を与えることになりますもし

私たちが普段感じている3次元上の次元が

存在するとしたらどんなことが起こる

でしょうか重力は全ての次元に影響を

及ぼすためもし高次元が存在すると重力は

そこにも分散します結果として私たちが

感じる3次元空間ではその一部分の重力

しか感じられず重力は弱く感じられること

になりますカルツとクラインが提案した4

次元空間は証明に至りませんでしたがその

考え方は消え去ることなく1980年代に

なって費も理論の中で再び脚光を浴びる

ことになりまし

たこれは現在も研究が活発に行われている

理論です私たちの体を作っている原子は

電子やアップコークダウンコークという素

粒子から成り立っています長費も理論では

これらの素粒子全てが本質的には同じ紐で

できているとみなします費理論は1984

年にイギリスのマイケルグリーンと

アメリカのジョンシュワルツによって提唱

されました彼らは素粒子を振動する小さな

紐だと考えその紐が様々に振動することで

素粒子の性質が決まると提案しました同じ

ギターの源でも引き方によって様々な音が

出るのと同じように紐の振動の形によって

異なる素粒子に見えるのですさらに驚く

べきことに長も理論では空間が9次元時間

が1次元の重次元時空が存在すると予測し

ていますひの振動で素粒子を説明するため

には旧次元が必要だからです私たちの世界

である3次元を超える空間の次元を物理学

では余剰次元と言います1920年代に

当時の物理学者カルツとクラインは余次元

時空を提案しましたが2人は余剰次元を

小さく丸めるという方法を考えましたこれ

を物理学では次元のコンパクト化と呼んで

います私たちは気づいていませんが3次元

の空間の中にコンパクト化された余剰次元

が存在しているという考えですカルツと

クラインの理論では小さく丸められた余剰

次元は空間のあらゆる天にくっついて存在

していますまた小さく丸められた余剰次元

は1つだけではありません例えば費もの

理論では6つの余剰次元が存在してそれら

が全て小さく丸められているとされてい

ます余剰次元を丸めることのイメージとし

ては2次元の紙を丸めて頭上にした場合筒

を限りなく細くしていくと最終的には1

次元の線になりますコンパクト化された

次元では丸められた方向に進むと出発点に

戻ってくるのですこのように考えることで

今までの実験結果や物理学の則と矛盾し

ない高次元空間を考えることができるの

です費も理論においては余剰次元は6つ

存在しその形状はカラビヤウ空間という

特殊な形になっているとされています

カラビヤウ空間は非常に複雑な形状をして

います私たちの世界では6次元の立体を

正確に表すことはできませんが研究者たち

が数学的な理論を用いて作り上げた

カラビヤウ空間の形を3次元空間に

落とし込んだもので理解することができ

ますこのカラビヤウ空間という名前はこの

形状を最初に提唱した2人の数学者の名前

から来ています1人はアメリカの数学者で

あるエウジェニオコリーニ

開いた紐は名前の通り両端が開いた紐の

ような形をしていますこの開いた紐は

ブレーンという特定の範囲にくっついて

しか存在できずその範囲であれば自由に

動き回ることができますこのブレーンは膜

のように広がっていて私たちが認識する3

次元の世界に対応します一方もう1つの

閉じた紐は紐の両端がつがった輪ゴムの

ような形状をしていますこれにはブレーン

にくっつく端がないためブレーンの範囲を

超えて自由に動くことができます長費も

理論では物質を構成する素粒子や電磁気力

を伝える行子などは開いた紐で表され

ます一方で重力を伝える素粒子である重力

士は閉じた紐で表されます閉じた紐は3

次元の空間にとらわれずより高次元の空間

を自由に動き回ることができますこれが

なぜ重力だけが他の力と比べて非常に弱い

のかという疑問に対する1つの説明となり

ます閉じた紐である重力子が高次元の空間

に拡散しやすいから我々が感じる重力は

弱くなるというわけです私たちが普段感じ

ている重力の法則は物の間の距離が2倍に

なるとその力は1/4になるというもの

ですこれを逆2条の法則と言います

しかしこれは3次元の世界でしか成り立ち

ません2次元の世界を考えると物の間の

距離が2倍になると力は半分になります

これを逆一条の法則と言いますこのように

4次元の世界を考えると物の間の距離が2

倍になると力は1/8になりますこれを

逆算上の法則と言います地球は太陽の周り

を楕円形の軌道で回っていますがこれは3

次元の世界つまり逆2条の法則が働いて

いるからと言えますもし逆1条の法則や逆

3上法則が働いていたら地球は安定した

軌道を描けず太陽に衝突したり太陽系から

飛び出してしまうでしょうまた原子も3

次元の世界でしか安定して存在できません

原子で構成されている私たちがこうして

存在するということ自体がこの世界が3

次元であることをを示していますもし4

次元の世界に存在するとしたらそれは我々

が存在することと矛盾しない特別な4次元

空間でなければいけませんその第4の次元

は我々が観測できないほど小さいか

あるいは我々の物質がゆきできないような

特別な次元であると推測できます私たちが

普段感じている3次元を超えた高次元の

世界が存在するとしたらあなたはどう思い

ますか今のところ到底信じられないかも

しれませんがそれを科学的に証明できる日

は相多くないかもしれませんね今回はここ

までです高評価チャンネル登録をして

いただけると励みになりますご視聴

ありがとうございましたまた次の動画でお

会いし

[音楽]

ましょう