Name: 量子重力の謎を解き明かすための「曖昧さ」の利用法 (How Scientists Are Using Fuzziness To Solve the Mystery of Quantum Gravity)
Uploaded: 2021-03-17T18:31:25.000Z
Duration: 4 min 57 s

I think it's safe to say that Einstein was a pretty smart guy.

アインシュタインは、かなり頭のいい人だったと言っていいと思います。

His theory of general relativity states that matter and energy, then the very fabric of space time and that revelation gave us such a useful description of how gravity works.

彼の一般相対性理論は、物質とエネルギー、そして空間の時間の構造そのものであり、その発見が重力の仕組みを説明するのに役立ちました。

That has been the go to for astronomers for more than a century.

これは100年以上前から天文学者の間で使われている方法です。

Still as good as it is, general relativity isn't perfect.

しかし、一般相対性理論は完璧ではありません。

And there are situations where Einstein's equations break down, like at the center of a black hole or the singularity before the Big Bang.

また、ブラックホールの中心やビッグバン前の特異点のように、アインシュタインの方程式が破綻する状況もあります。

However, a new paper suggests the key to filling in those gaps may be discovered by searching for, and this is a highly technical term here.

しかし、新しい論文によると、これらのギャップを埋めるための鍵は、検索することによって発見できるかもしれません。

The quantum fuzziness of space time Gravity is somewhat of the odd one out when it comes to the four fundamental forces of nature, according to Einstein.

時空の量子的な曖昧さ 重力は、アインシュタインによれば、自然界の4つの基本的な力の中では、やや奇異な存在である。

It works by curving space time affecting how objects like planets and apples travel through it.

これは、惑星やリンゴのような物体が通過する際に、空間の時間を湾曲させて影響を与えるものです。

The other three forces, the electromagnetic force and the strong and weak nuclear forces can be described using the standard model of particle physics.

他の3つの力、すなわち、電磁力、強い核力、弱い核力は、素粒子物理学の標準モデルを用いて記述することができます。

These three forces are carried by subatomic particles called bosons.

この3つの力は、ボゾンと呼ばれる素粒子が担っています。

The strong force is carried by the gluon electromagnetism is carried by a Boesen.

強い力はグルーオンが担う 電磁気はボーゼンが担う。

You've probably heard of the photon, and the weak force is carried by the W and Z bosons.

フォトンという言葉を聞いたことがあると思いますが、弱い力はWボゾンとZボゾンが担っています。

We've seen these bosons experimentally, but we've never observed a particle that carries the force of gravity.

これらのボゾンは実験的に確認されていますが、重力を担う粒子は確認されていません。

And that's irksome because a hypothetical Boesen called a graviton could solve some major issues in physics.

グラビトンと呼ばれる仮説的なボーゼンが、物理学の主要な問題を解決する可能性があるからだ。

Firstly, it would fit neatly into the pattern the other three forces have set to have gravity off, doing its own thing and playing by its own rules.

第一に、他の3つの勢力が設定した、独自のことを行い、独自のルールでプレイして、重力をオフにするというパターンにきちんと適合することです。

It just doesn't sit right, at least not with a lot of theorists.

少なくとも多くの理論家にとって、それは正しいことではありません。

More importantly, it could finally bridge the divide between general relativity and quantum mechanics.

さらに重要なことは、一般相対性理論と量子力学の間の溝を埋めることができるということです。

Right now, General relativity is great and describing how gravity works at scales ranging from submillimeter to cosmological.

今のところ、一般相対性理論は素晴らしく、サブミリ波から宇宙までのスケールでの重力の働きを説明しています。

しかし、それは量子レベルでは通用しない。

A full theory of quantum gravity could finally expand Einstein's ideas to fill in these gaps in our understanding.

量子重力理論が完成すれば、アインシュタインの考えを発展させて、これらのギャップを埋めることができます。

But gravitons, if they exist, would be difficult to detect by their nature.

しかし、もし重力子が存在したとしても、その性質上、検出することは困難です。

Despite another force literally being called the weak force, gravity is by far the weakest of the quartet.

もう一つの力が文字通り「弱い力」と呼ばれているにもかかわらず、重力は4つの力の中で圧倒的に弱いのです。

The renowned physicist Freeman Dyson suggested that a hypothetical detector sensitive enough to observe a single graviton would be so massive that the detector itself would collapse into a black hole.

著名な物理学者であるフリーマン・ダイソンは、1個のグラビトンを観測できるほど感度の高い検出器を仮定した場合、検出器自体がブラックホールに崩壊してしまうほど巨大なものになると提案した。

But what if we're going about this the wrong way?

しかし、その方法が間違っていたらどうしよう？

Instead of trying to find just one graviton, we search for a telltale sign that only a group of them can create.

重力子を1つだけ探すのではなく、集団でないと作れないサインを探すのです。

That's what three researchers proposed in a paper from October of 2020.

それが、2020年10月の論文で3人の研究者が提案したことです。

The physicists were inspired by Brownie in Motion, which describes how particles in a fluid bounce around randomly.

物理学者は、流体中の粒子がランダムに跳ね回る様子を描いた「ブラウニー・イン・モーション」にヒントを得た。

If gravity really is carried by bosons, then maybe they move around randomly to creating a sort of noise or fuzziness that existing gravitational wave detectors like LIGO can suss out.

重力が本当にボゾンによって運ばれているのであれば、ボゾンがランダムに動き回って、LIGOのような既存の重力波検出器が解析できるような、一種のノイズやファジーさを作り出しているのかもしれません。

Of course, the noise has to be pronounced enough for Lego to notice.

もちろん、レゴ社が気づくほどの顕著なノイズでなければならない。

It's a bit beyond the scope of this episode, but just know that waves like light can come in different quantum states.

今回のテーマとは少し異なりますが、光のような波は、さまざまな量子状態になることを知っておいてください。

In fact, LIGO uses light in a squeezed state to enhance sensitivity, the researchers calculated that gravitational waves in different quantum states would produce different amounts of noise.

実際、LIGOは感度を高めるために光を絞った状態で使用しているため、研究者たちは、異なる量子状態の重力波は異なる量のノイズが発生すると計算しました。

Waves in a coherent state are like ripples in a pond there produced during black hole mergers, and LIGO is tuned to search for them.

コヒーレントな状態の波は、ブラックホールの合体時に発生する池の波紋のようなもので、LIGOはそれを探すために調整されています。

Unfortunately, in this state, gravitas would hardly make any noise.

残念ながら、この状態では、グラビティはほとんど音を立てないだろう。

However, according to the researchers calculations, gravitational waves in the so called squeezed state should produce much more noise, and that noise should increase exponentially the more the gravitas are squeezed.

しかし、研究者たちの計算によると、いわゆるスクイーズ状態の重力波は、はるかに多くのノイズを発生させるはずで、そのノイズは、重力がスクイーズになればなるほど指数関数的に増加するはずです。

So let's just start looking for some squeezed gravitational waves, right?

そこで、絞り込まれた重力波を探すことにしましょうか。

存在するかどうかも定かではありません。

The researchers suggest that they could be squeezed into existence during the late stages of black hole mergers or during an early period in the universe.

研究者たちは、ブラックホールの合体の後期、あるいは宇宙の初期に圧迫されて存在した可能性を示唆しています。

If that's true, or if there's some other source of squeezed gravitational waves out there.

もしそれが本当なら、あるいは他にもスクイーズされた重力波の発生源があるのかもしれません。

And if we can make instruments sensitive enough to hear the noise of gravitons, then maybe we can finally find a way to bring quantum mechanics and general relativity together.

そして、重力子のノイズを聞き分けることができる感度の高い機器を作ることができれば、量子力学と一般相対性理論を融合させる方法がようやく見つかるかもしれません。

 If you want to know more about gravitational wave detectors like Lego, check out my video on these awesome machines here and make sure to subscribe a secret for more videos like this one. 

レゴのような重力波検出器についてもっと知りたい方は、この素晴らしい機械に関する私のビデオをご覧ください。