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サイエンスカフェ「次元の謎に迫る！」～空間は本当に3次元なのか～
2018.12.14 BIZCOLI-ビズコリ
私たちの世界は3次元空間で、4次元以上の高次元空間はアニメや映画などのフィクションにだけ現れる空想上のもの、と考えるのが普通です。
でも、この私たちの目の前の世界が本当に3次元だと確実に言い切れるのでしょうか？
4次元目や5次元目の空間が存在している可能性はないのでしょうか？
https://www.bizcoli.jp/calendar/20181214/
『マンガ超ひも理論 我々は四次元の膜に住んでいる』
川合光／著、高橋繁行／画 講談社 2002年発行
中学生から理解できる世界初のマンガ版！！
なんと、「キミがヒモからできている」「宇宙もヒモからできている」！！ 最新・究極の物理学「超ひも理論」がマンガで簡単にわかる。この1冊でアインシュタインを超え、ノーベル賞に一歩近づける！！
スーパーストリング劇場 より
「レディス＆ジェントルマン スーパーストリング劇場のはじまり、はじまり～～」
パチパチ、パチパチパチ。
超ひも理論の発端なる「ヒモ」モデルを初めて考案したのは実は日本人なのです。
その人の名は南部陽一郎。米国国籍の理論物理学者です。
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『宇宙とは何か』
松原隆彦／著 SB新書 2024年発行
第1講 宇宙像の広がり
宇宙の形を知るには？ より
さて、地球は丸いということは、体積は有限です。また、表面に立つ人間が一方向に進み続けたらものと場所に戻って来ることになります。
それでは、宇宙はどうでしょうか。この宇宙は無限なのでしょうか。それとも、地球のように閉じた空間になっていて、有限なのでしょうか。頭の中で宇宙の形をイメージするのは、次元をもう1つ加えて考えないと難しそうです。
次元をもう1つ加えるとはどういうことですか？
たとえば、紙があるとします。厚みを無視するなら、紙は2次元です。この紙は曲がっているのか、それとも曲がっていないのか、あるいは曲がっているならどう曲がっているのか、地球のように球になって閉じているのか……つまり、紙はどんな形なのか。これを測るには、3次元空間が必要です。ほら、紙を曲げるなら、XY平面である紙に対して垂直な、3つ目の軸となるZ軸の方向に曲げなくてはいけないですよね（図、画像参照）。
紙の形状が理解できるのは、我々が3次元に住んでいるからです。しかし、もし2次元人がいたとしたら、イメージするのは難しいでしょう。数学を使えば2次元の中にいても曲がり方を知ることはできるのですが、「別の次元に曲がる」と言われてもピンと来ないはずです。
私たちが認識している宇宙は3次元の空間です。この宇宙を外から見た形を捉えるとき、この宇宙が曲がっているとすると、3次元とは別の次元に曲がっていることになりますが、3次元人である私たちにはイメージするのが難しいのです。
もし、4次元人がいたら宇宙の形を見ることができるのでしょうか？
そうですね。4次元人にはわかるのかもしれません。人間にはイメージするのが不可能……と思ってしまいますが、イメージできなくても、数学を使ってわかることがあります。
我々研究者がイメージを掴むためによくやるのは、3次元から1つ抜いて2次元にしたうえで、まったく別の次元に曲がっていると考えるのです。Z軸を頭の中から取り去って、XY平面をイメージし、それを知らない方向に曲げる。
あのー、こんがらがってきたのですが、つまり宇宙空間は4次元ってことですか？
宇宙空間が4次元かどうかはわかりません。5次元という人もいるし、9次元とか10次元という人もいます。ただ、今の話では、4次元かどうかは関係ありません。3次元の宇宙が曲がっていることを頭の中でイメージするためには4つ目の方向が必要なのです。曲がっていて、たとえば3次元でいう球体のように閉じていれば、宇宙は有限ということになります。
なかなか言葉では伝わりにくいかもしれませんね。いったん、数学を使えばわかることがあると思っておいてください。
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じじぃの日記。
松原隆彦著『宇宙とは何か』という本に、「宇宙の形を知るには？」というのがあった。
「たとえば、紙があるとします。厚みを無視するなら、紙は2次元です」
アリさんの世界は、「2次元」の世界で、我々の世界は「3次元」の世界です。
アリさんは地面に張りついて動いているから2次元世界に生きているが、人間の場合はジャンプしたり、走ったりすることで3次元空間に生きている。
「あのー、こんがらがってきたのですが、つまり宇宙空間は4次元ってことですか？」
アインシュタインの特殊相対性理論では、光速不変の原理が組み込まれている。
1919年の日蝕観測で、光が直進すれば見えないはずの位置にある星が、太陽の端に輝いているのが確認された。
太陽の重力で空間が歪んでおり、星からの光が曲っていた。
約20年前、川合光著『マンガ超ひも理論 我々は四次元の膜に住んでいる』というマンガ本を読んだ。
本の中にやたらと「お釈迦さま」が出てくる。
お釈迦さまとは、「重力」のことで、実は我々の世界は4次元の膜から成り立っているというものだった。
空間が曲がる。
我々人間は、4次元世界に生きているということが認識できたのです。
実は、お釈迦さまがこの宇宙を支配しているというお話です。
