ひも理論を解説 – 現実の真の姿とは？：英語学習ノート

What is the true nature of the universe?

宇宙の本当の姿とは何でしょうか？

To answer this question,

この疑問に答えるために、

humans come up with stories to describe the world. 句動詞

人類は世界を記述するための物語を考え出しました。

We test our stories and learn what to keep and what to throw away. 文法

私たちはその物語を検証し、何を残し、何を捨てるべきかを学びます。

But the more we learn, 文法

しかし、私たちが学ぶほど、

the more complicated and weird our stories become.

物語はより複雑で奇妙なものになっていきます。

Some of them so much so that it's really hard to know what they're actually about. フレーズ

中には複雑すぎて、実際に何を意味しているのか理解するのが本当に難しいものもあります。

Like string theory,

例えば「ひも理論」のように、

a famous, controversial,

有名で議論を呼んでおり、

and often misunderstood story about the nature of everything.

万物の本質についての、よく誤解される物語です。

Why did we come up with it,

なぜ私たちがそれを考え出したのか、

and is it correct or just an idea we should chuck out? 句動詞

そしてそれは正しいのか、それとも捨てるべき単なるアイデアなのでしょうか？

To understand the true nature of reality,

現実の本当の姿を理解するために、

we looked at things up close and were amazed.

私たちは物を近くで観察し、驚嘆しました。

Wondrous landscapes in the dust,

塵の中にある驚くべき風景、

zoos of bizarre creatures,

奇妙な生き物たちの動物園、

complex protein robots.

複雑なタンパク質のロボット。

All of them made from structures of molecules made up of countless even smaller things, フレーズ

これらはすべて分子の構造からできており、分子はさらに無数の小さなものからできています、

atoms.

それが原子です。

We thought they were the final layer of reality

私たちは原子が現実の最後の層だと思っていました、

until we smashed them together really hard

それらをものすごい力で衝突させ、

and discovered things that can't be divided anymore,

これ以上分割できないものを発見するまでは。

elementary particles.

それが素粒子です。

But now we had a problem.

しかし、ここで問題が発生しました。

They're so small that we could no longer look at them. 文法

それらはあまりにも小さすぎて、もはや見ることができなくなったのです。

Think about it.

考えてみてください。

What is seeing?

「見る」とはどういうことでしょう？

To see something,

何かを見るためには、

we need light,

私たちは光を必要とします、

an electromagnetic wave.

電磁波です。

This wave hits the surface of the thing and gets reflected back from it into your eye.

この波が物の表面に当たり、反射してあなたの目に入ります。

The wave carries information from the object that your brain uses to create an image.

波は物体の情報を運び、あなたの脳がそれを使って画像を作ります。

So you can't see something without somehow interacting with it.

つまり、何らかの形で相互作用しない限り、物を見ることはできません。

Seeing is touching, 話の流れ

見ることは触れることであり、

an active process,

能動的なプロセスであり、

not a passive one.

受動的なものではありません。

This is not a problem with most things.

ほとんどの物ではこれは問題になりません。

But particles are very, very, very small.

しかし、粒子は非常に、非常に、非常に小さいのです。

So small that the electromagnetic waves we use to see are too big to touch them. 文法

あまりにも小さいため、私たちが視覚に使う電磁波は大きすぎてそれらに触れることができません。

Visible light just passes over them.

可視光線はただ通り過ぎてしまいます。

We can try to solve this by creating electromagnetic waves with more and much smaller wavelengths, 文法

波長がずっと短く、小さい電磁波を作ることでこれを解決しようと試みることはできますが、

but in quantum physics,

量子物理学において、

shorter wavelengths means more energy.

波長が短いということは、エネルギーが大きいことを意味します。

So when we touch a particle with a wave that has a lot of energy,

したがって、大きなエネルギーを持つ波で粒子に触れると、

it gets a kick. 語彙

粒子は衝撃を受けます。

By looking at a particle,

粒子を見ることで、

we change it.

私たちは粒子を変化させてしまうのです。

In quantum physics,

量子物理学では、

we cannot know where a particle is and where it's going with absolute precision.

粒子の位置と進む方向を絶対的な精度で知ることはできません。

This fact is so important that it has a name,

この事実は非常に重要であるため、名前が付けられています、

the Heisenberg uncertainty principle, 文化背景

ハイゼンベルクの不確定性原理、

the basis of all quantum physics.

全ての量子物理学の基礎です。

So what does a particle look like then?

では、粒子はどのような形をしているのでしょうか？

What is its nature?

その性質は何でしょうか？

We don't know.

私たちには分かりません。

If we look really hard,

一生懸命に見たとしても、

we can see a blurry sphere of influence,

ぼんやりとした影響の範囲が見えるだけで、

but not the particles themselves.

粒子自体は見えません。

We just know they exist.

ただそれが存在することだけが分かっています。

But if that's the case, フレーズ

しかし、もしそうなら、

how can we do any science with them?

どのようにして科学研究を行えばいいのでしょうか？

We did what humans do and invented a new story,

私たちは人間がよくやるように、新しい物語を発明しました、

a mathematical fiction. 慣用句

数学的なフィクションです。

The story of the point particle.

点粒子の物語です。

We decided that we would pretend that a particle is a point in space.

私たちは、粒子が空間にある点であるふりをすることにしました。

Any electron is a point with a certain electric charge and a certain mass, 語彙

すべての電子は特定の電荷と特定の質量を持つ点であり、

all indistinguishable from each other. フレーズ

全て互いに区別がつきません。

This way, 話の流れ

こうすることで、

physicists could define them and calculate all of their interactions.

物理学者はそれらを定義し、それらのすべての相互作用を計算することができました。

This can be made precise in quantum field theory,

これは場の量子論において精密化することができ、

and this solved a lot of problems.

多くの問題を解決しました。

All of the standard model of particle physics is built on it, 句動詞

素粒子物理学の標準模型はすべてこれに基づいて構築されており、

and it predicts lots of things very well.

多くのことを非常に正確に予測しています。

Some quantum properties of the electron,

例えば、電子のいくつかの量子特性は、

for example,

すでにテストされ、

have been tested and are accurate up to 0.000000000002%. フレーズ

0.000000000002%の精度であることが確認されています。

So while particles are not really points,

したがって、粒子は本当は点ではありませんが、

by treating them as if they were, 文法

点であるかのように扱うことで、

we get a pretty good picture of the universe.

私たちは宇宙のかなり良いイメージを得ることができます。

Not only did this idea advance science, 文法

このアイデアは科学を前進させただけでなく、

it also led to a lot of real-world technology we use every day.

私たちが日常使っている現実世界の多くのテクノロジーをもたらしました。

But there's a huge problem,

しかし、大きな問題があります、

gravity.

それは重力です。

In quantum mechanics,

量子力学では、

all physical forces are carried by certain particles. 語彙

すべての物理的な力は特定の粒子によって運ばれます。

But according to Einstein's general relativity, フレーズ

しかし、アインシュタインの一般相対性理論によると、

gravity is not a force like the others in the universe.

重力は宇宙の他の力とは異なります。

If the universe is a play, 慣用句

もし宇宙が演劇なら、

particles are the actors,

粒子は俳優ですが、

but gravity is the stage.

重力は舞台です。

To put it simply, 話の流れ

簡単に言えば、

gravity is a theory of geometry,

重力は幾何学の理論であり、

the geometry of space-time itself,

時空そのものの幾何学であり、

of distances which we need to describe with absolute precision.

絶対的な精度で記述する必要のある距離の幾何学です。

But since there is no way to precisely measure things in the quantum world,

しかし、量子世界では物を正確に測定する方法がないため、

our story of gravity doesn't work with our story of quantum physics.

重力の物語は、量子物理学の物語と噛み合いません。

When physicists tried to add gravity to the story by inventing a new particle,

物理学者が新しい粒子を発明して物語に重力を加えようとしたとき、

their mathematics broke down. 句動詞

彼らの数学は破綻しました。

And this is a big problem.

これは大きな問題です。

If we could marry gravity to quantum physics and the standard model, 慣用句

もし重力を量子物理学や標準模型と融合させることができたら、

we would have the theory of everything.

万物の理論が完成するでしょう。

So very smart people came up with a new story.

そこで非常に賢い人々が新しい物語を思いつきました。

They asked,

彼らは問いかけました、

what is more complex than a point?

点より複雑なものは何か？

A line,

それは線、

or a string.

あるいは「ひも」です。

String theory was born.

こうしてひも理論が誕生しました。

What makes string theory so elegant is that it describes many different elementary particles as different modes of vibration of the string. 文法

ひも理論が非常に洗練されているのは、多くの異なる素粒子をひもの異なる振動モードとして記述している点です。

Just like a violin string vibrating differently can give you a lot of different notes, 話の流れ

バイオリンの弦が異なる振動をして様々な音を出すように、

a string can give you different particles.

一本のひもが異なる粒子を生み出すことができます。

Most importantly,

最も重要なことは、

this includes gravity.

これに重力が含まれていることです。

String theory promised to unify all fundamental forces of the universe.

ひも理論は、宇宙のすべての基本的な力を統一することを約束しました。

This caused enormous excitement and hype.

これが多大な興奮と過大評価を引き起こしました。

String theory quickly graduated to a possible theory of everything. 慣用句

ひも理論は瞬く間に、万物の理論の可能性へと昇格しました。

Unfortunately,

残念ながら、

string theory comes with a lot of strings attached. 慣用句

ひも理論には多くの条件がついてきます。

Much of the maths involving a consistent string theory does not work in our universe

矛盾のないひも理論に関する数学の多くは、この宇宙では機能しません、

with its three spatial and one temporal dimensions. 語彙

私たちの宇宙は空間3次元と時間1次元だからです。

String theory requires 10 dimensions to work out.

ひも理論が成り立つには10次元が必要です。

So string theorists did calculations in model universes

そこでひも理論家たちはモデル宇宙で計算を行い、

and then try to get rid of the six additional dimensions and describe our own universe. 句動詞

余分な6次元を取り除いて、私たち自身の宇宙を記述しようとしました。

But so far, フレーズ

しかし、今のところ、

nobody has succeeded,

誰も成功しておらず、

and no prediction of string theory has been proven in an experiment. 文法

ひも理論の予測が実験で証明されたこともありません。

So string theory did not reveal the nature of our universe.

つまり、ひも理論は私たちの宇宙の性質を明らかにはしませんでした。

One could argue that in this case, 話の流れ

この場合、次のように主張する人もいるでしょう、

string theory really isn't useful at all.

ひも理論は全く役に立たないと。

Science is all about experiments and predictions.

科学は実験と予測が全てです。

If we can't do those,

もしそれができないなら、

why should we bother with strings? 意図と語調

なぜ私たちはひもにこだわる必要があるのでしょうか？

It really is all about how we use it.

それは全て、私たちがそれをどう使うかにかかっています。

Physics is based on maths.

物理学は数学に基づいています。

2 + 2 makes 4.

2＋2は4です。

This is true no matter how you feel about it. 文法

あなたがどう感じようと、これは真実です。

And the maths in string theory does work out. 文法

そしてひも理論の数学は実際に成り立っています。

That's why string theory is still useful.

だからこそ、ひも理論は依然として有用なのです。

Imagine that you want to build a cruise ship,

クルーズ船を建造したいと想像してみてください、

but you only have blueprints for a small rowing boat.

しかし、小さな手漕ぎボートの設計図しかありません。

There are plenty of differences,

多くの違いがあります、

the engine,

エンジン、

the materials,

材料、

the scale.

規模。

But both things are fundamentally the same,

しかし、どちらも根本的には同じです、

things that float.

水に浮くものです。

So by studying the rowing boat blueprints, 文法

だから、手漕ぎボートの設計図を研究することで、

you might still learn something about how to build a cruise ship eventually.

最終的にクルーズ船を作る方法について、何か学べるかもしれません。

With string theory,

ひも理論を用いることで、

we can try to answer some questions about quantum gravity

私たちは量子重力に関するいくつかの疑問に答えようと試みることができます。

that have been puzzling physicists for decades, 文法

それらは数十年もの間、物理学者を悩ませてきた疑問です、

such as how black holes work or the information paradox.

ブラックホールはどのように機能するのか、情報パラドックスといった問題です。

String theory may point us in the right direction. 慣用句

ひも理論は私たちを正しい方向へ導いてくれるかもしれません。

When used in this spirit, 文法

このような精神で使われるとき、

string theory becomes a precious tool for theoretical physicists

ひも理論は理論物理学者にとって貴重なツールとなり、

and help them discover new aspects of the quantum world

量子世界の新たな側面や

and some beautiful mathematics.

美しい数学を発見するのを助けます。

So maybe the story of string theory is not the theory of everything, 文法

だから、ひも理論の物語は万物の理論ではないかもしれませんが、

but just like the story of the point particle,

点粒子の物語と同じように、

it may be an extremely useful story.

非常に有用な物語になり得るのです。

We don't yet know what the true nature of reality is,

私たちは現実の本当の姿が何であるかまだ知りません、

but we'll keep coming up with stories to try and find out

しかし、それを解明するために物語を考え出し続けるでしょう、

until one day,

いつか、

hopefully,

願わくば、

we do know.

本当に分かる日が来るまで。

This video was supported by the Swiss National Science Foundation

この動画はスイス国立科学財団の支援を受け、

and realized with the scientific advice of Alessandro Sfondrini.

Alessandro Sfondrini氏の科学的助言のもとで制作されました。