最先端の物理学
ボソン弦理論と超弦理論
閉じた弦の振動パターンを調べ、各モードをスペクトル中の「粒子」に対応させます。弦の振動が質量塔 を生むという考えを確かめます。
器具
- 振動する閉弦の3Dモデル
- モード数・振幅のスライダー
- 振動形を止める一時停止ボタン
手順
振動モードを数える
「振幅」を中程度にし「モード数」を1から6へ変えます。各 n で輪の周りの腹の数を数えます。モード n は輪に n 波長が収まります。ギター弦の定在波に似ますが閉じています。
モードと粒子質量を結び付ける
弦理論では各振動モードが別の粒子です。高いモードはレーゲ塔 に沿って重い粒子です。各モードの「相対質量」∝ n を記録して系列を描きます。単一の対象（弦）が粒子スペクトル全体を生む仕組みです。
振幅とエネルギーの役割
「モード数」を固定して「振幅」を変えます。振動エネルギーは振幅に応じて増えますがモード構造（「粒子の種類」）は不変です。振幅は励起の強さ、モード数が粒子の本性を決めます。「一時停止」で波形を捉え異なる n を比較します。
限界モードと安定性を予測する
n = 6 の波形を予測して確認します。閉弦には整数モードしか存在しません。閉ループ定在波の条件です。関連づけます。超弦では量子論的拘束（ヴィラソロ）が多くの「ゴースト」モードを除き物理スペクトルのみ残します。次元が固定（超弦では10）される理由です。
シミュレーション
実験の歴史
弦理論は有益な誤解から生まれました。1968年ガブリエレ・ヴェネツィアーノはメソンの強い相互作用の振幅を書き、南部・ニールセン・サスキンドが1969–70年にその式が一次元の弦の振動に相当すると気付きました。強相互作用モデルはQCDの勝利で忘れられましたが、1974年シェルクとシュワルツは弦が無質量スピン2モード——重力子の特徴——を持つと指摘し、弦が重力を量子化する可能性を示しました。
1984年の「第一次超弦革命」（Green–SchwarzによるSO(32)の異常相殺）はこの理論を「万物の理論」の候補に変えました。10次元に5つの整合的超弦理論があり、重力子と超対称性を予言します。対価は到達不能なエネルギーでの予言に留まること。弦理論は実験より数理プログラムです。