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はてなキーワード: ゲージ理論とは

2024-11-10

Chern-Simons理論でござる

Chern-Simons理論は、特に3次元のトポロジカル量子場理論(TQFT)における中心的な役割を果たす理論でござって、その定式化は主に接続(connection)と曲率(curvature)という微分幾何学概念に基づいておるのでござる。この理論は、特にゲージ理論トポロジー交差点で深い意味を持ち、リー群上の接続トポロジー性質を探るものでござる。以下では、厳密な数学的枠組みのもとで、Chern-Simons理論を詳細に説明いたすでござる。

1. 主束と接続

Chern-Simons理論は、主束上で定義される接続から構築されるのでござる。ここで、P(E) を G 群の主束とし、G をリー群、𝔤 をそのリー代数といたすでござる。主束は次のように定義されるのでござる:

P(E) → M,

ここで M は3次元多様体で、E はファイバー空間を表すのでござる。接続 A ∈ Ω¹(M, 𝔤) はこの主束上の1-形式でござって、各点でリー代数 𝔤 の値を取るのでござる。

接続 A は、接続を持つファイバー上の接続トランスポート表現し、リー群基準を用いて測地線のようにデータを運ぶのでござる。接続 A によって定義される曲率は、外微分 dA二次の項 A ∧ A を含む、次の形で表現されるのでござる:

F_A = dA + A ∧ A.

ここで、F_A は接続 A の曲率2-形式でござって、ゲージ群 G の接続が示す物理的な局所的な場を表すのでござる。

2. Chern-Simons形式定義

Chern-Simons形式は、主に接続の曲率を用いて定義されるのでござる。3次元多様体 M 上でのChern-Simons形式 CS(A) は、接続 A の曲率 F_A に基づいて次のように表されるのでござる:

CS(A) = ∫_M Tr(A ∧ dA + ⅔ A ∧ A ∧ A),

ここで、Tr はリー代数 𝔤 のトレースを取る演算子でござって、各項は外積wedge product)によって形成されるのでござる。具体的には、A ∧ dA接続 A とその外微分 dA外積を、A ∧ A ∧ A は接続の3重積を意味するのでござる。

この形式が持つ数学的な意味は、次の通りでござる:

3. ゲージ変換とChern-Simons形式の不変性

Chern-Simons形式は、ゲージ変換に対して不変であることが重要な特徴でござる。ゲージ変換は、接続 A に対して次のように作用するのでござる:

A → g⁻¹Ag + g⁻¹dg,

ここで g ∈ G はゲージ群の元でござる。この変換によって、Chern-Simons形式がどのように振る舞うかを調べると、次のように変換することがわかるのでござる:

CS(A) → CS(A) + ∫_M Tr(g⁻¹dg ∧ g⁻¹dg ∧ g⁻¹dg).

これは、Chern-Simons形式がゲージ変換の下でトポロジカル不変量として振る舞うことを示しておるのでござる。すなわち、Chern-Simons形式の値は、ゲージ変換による局所的な変更には依存せず、主に多様体トポロジー依存することが分かるのでござる。

4. Chern-Simons理論量子化

Chern-Simons理論量子化は、パスインテグラルを用いた量子場理論の枠組みで行われるのでござる。具体的には、Chern-Simons作用を用いた量子化は次のように記述されるのでござる:

Z_CS(M) = ∫ 𝒟A exp(i ∫_M Tr(A ∧ dA + ⅔ A ∧ A ∧ A)).

この積分は、接続 A に関するパスインテグラルでござって、Chern-Simons理論における量子場理論の構築に用いられるのでござる。ここで 𝒟A は接続 A の変分に関する積分を示すのでござる。

5. トポロジカル不変量としてのChern-Simons作用

Chern-Simons形式は、特に3次元多様体に対するトポロジカル不変量としての性質重要でござる。3次元多様体 M に対して、Chern-Simons不変量は以下のように定義され、計算されるのでござる:

Z_CS(M) = ∫ 𝒟A exp(i ∫_M Tr(A ∧ dA + ⅔ A ∧ A ∧ A)).

この不変量は、3次元の量子ホール効果トポロジカル絶縁体などの物理現象記述するのに重要でござる。具体的には、Chern-Simons形式によって、3次元多様体トポロジーを示す不変量が得られ、量子化されたゲージ理論における位相的な特性理解するために利用されるのでござる。

6. Chern-Simons理論トップダウン的応用

Chern-Simons理論の応用には以下のようなものがござる:

2024-09-18

M理論とIIA型超弦理論双対性

以下は、M理論超弦理論幾何学抽象化した数学的枠組みでのモデル化について述べる。

∞-圏論と高次ホモトピー理論

まず、物理対象である弦や膜を高次の抽象構造としてモデル化するために、∞-圏論を用いる。ここでは、物理プロセスを高次の射や2-射などで表現する。

∞-圏 𝒞 は、以下を持つ:

  • 対象Ob(𝒞)
  • 1-射(またはモルフィズム):対象間の射 f: A → B
  • 2-射:1-射間の射 α: f ⇒ g
  • n-射:高次の射 β: α ⇒ γ など

これらの射は、合成や恒等射、そして高次の相互作用を満たす。

デリーブド代数幾何学と高次スタック

次に、デリーブド代数幾何学を用いて、空間場の理論モデル化する。ここでは、デリーブドスタック使用する。

デリーブドスタック 𝒳 は、デリーブド環付き空間の圏 𝐝𝐀𝐟𝐟 上の関手として定義される:

𝒳 : 𝐝𝐀𝐟𝐟ᵒᵖ → 𝐒

ここで、𝐒 は∞-グルーポイドの∞-圏(例えば、単体集合のホモトピー圏)である

物理的なフィールドパーティクルのモジュライ空間は、これらのデリーブドスタックとして表現され、コホモロジーデリーブドファンクターを通じてその特性を捉える。

非可換幾何学とスペクトラルトリプル

非可換幾何学では、空間を非可換代数 𝒜 としてモデル化する。ここで、スペクトラルトリプル (𝒜, ℋ, D) は以下から構成される:

作用素 D のスペクトルは、物理的なエネルギーレベルや粒子状態対応する。幾何学的な距離や曲率は、𝒜 と D を用いて以下のように定義される:

高次トポス

∞-トポス論は、∞-圏論ホモトピー論を統合する枠組みである。∞-トポス ℰ では、物理的な対象フィールドは内部のオブジェクトとして扱われる。

フィールド φ のグローバルセクション(物理的な状態空間)は、次のように表される:

Γ(φ) = Homℰ(1, φ)

ここで、1 は終対象である物理的な相互作用は、これらのオブジェクト間の射としてモデル化される。

L∞-代数と高次ゲージ理論

ゲージ対称性やその高次構造表現するために、L∞-代数を用いる。L∞-代数 (L, {lₖ}) は次元付きベクトル空間 L = ⊕ₙ Lₙ と多重線形写像の族 lₖ からなる:

lₖ : L⊗ᵏ → L, deg(lₖ) = 2 - k

これらは以下の高次ヤコ恒等式を満たす:

∑ᵢ₊ⱼ₌ₙ₊₁ ∑ₛᵢgₘₐ∈Sh(i,n-i) (-1)ᵉ⁽ˢⁱᵍᵐᵃ⁾ lⱼ ( lᵢ(xₛᵢgₘₐ₍₁₎, …, xₛᵢgₘₐ₍ᵢ₎), xₛᵢgₘₐ₍ᵢ₊₁₎, …, xₛᵢgₘₐ₍ₙ₎) = 0

ここで、Sh(i,n-i) は (i, n - i)-シャッフル、ε(sigma) は符号関数である

これにより、高次のゲージ対称性や非可換性を持つ物理理論モデル化できる。

安定ホモトピー理論スペクトラム

安定ホモトピー理論では、スペクトラム基本的対象として扱う。スペクトラム E は、位相空間やスペースの系列 {Eₙ} と構造写像 Σ Eₙ → Eₙ₊₁ からなる。

スペクトラムホモトピー群は以下で定義される:

πₙˢ = colimₖ→∞ πₙ₊ₖ(Sᵏ)

ここで、Sᵏ は k-次元球面である。これらの群は、物理理論における安定な位相特性を捉える。

ホモロジカル場の理論

物理的な相関関数は、コホモロジー類を用いて以下のように表現される:

⟨𝒪₁ … 𝒪ₙ⟩ = ∫ₘ ω𝒪₁ ∧ … ∧ ω𝒪ₙ

ここで、ℳ はモジュライ空間、ω𝒪ᵢ は観測量 𝒪ᵢ に対応する微分形式またはコホモロジーである

M理論における定理の導出

先に述べた抽象数学的枠組みを用いて、M理論重要定理であるM理論とIIA型超弦理論双対性を導出する。この双対性は、M理論11次元での理論であり、円 S¹ に沿ってコンパクト化するとIIA型超弦理論等価になることを示している。

1. デリーブド代数幾何学によるコンパクト化の記述

空間の設定:

コホモロジー計算

Künnethの定理を用いて、コホモロジー計算する。

H•(ℳ₁₁, ℤ) ≅ H•(ℳ₁₀, ℤ) ⊗ H•(S¹, ℤ)

これにより、11次元コホモロジー10次元コホモロジーと円のコホモロジーテンソル積として表される。

2. C-場の量子化条件とM理論の場の構造

C-場の量子化条件:

M理論の3形式ゲージ場 C の場の強度 G = dC は、整数係数のコホモロジー類に属する。

[G] ∈ H⁴(ℳ₁₁, ℤ)

デリーブドスタック上のフィールド

デリーブド代数幾何学では、フィールド C はデリーブドスタック上のコホモロジー類として扱われる。

3. 非可換幾何学によるコンパクト化の非可換性の考慮

非可換トーラスの導入:

円 S¹ のコンパクト化を非可換トーラス 𝕋θ としてモデル化する。非可換トーラス上の座標 U, V は以下の交換関係を満たす。

UV = e²ᵖⁱθ VU

ここで、θ は非可換性を表す実数パラメータである

非可換K-理論適用

非可換トーラス上のK-理論群 K•(𝕋θ) は、Dブレーンのチャージを分類する。

4. K-理論によるブレーンのチャージの分類

M理論のブレーンのチャージ

  • M2ブレーン:K⁰(ℳ₁₁)
  • M5ブレーン:K¹(ℳ₁₁)

IIA型超弦理論のDブレーンのチャージ

  • D0ブレーンからD8ブレーン:K-理論群 K•(ℳ₁₀) で分類

チャージ対応関係

コンパクト化により、以下の対応が成立する。

K•(ℳ₁₁) ≅ K•(ℳ₁₀)

5. 安定ホモトピー理論によるスペクトラム同値

スペクトラム定義

スペクトラム同値性:

安定ホモトピー理論において、以下の同値性が成立する。

𝕊ₘ ≃ Σ𝕊ᵢᵢₐ

ここで、Σ はスペクトラムの懸垂(suspension)函手である

6. 定理の導出と結論

以上の議論から、以下の重要定理が導かれる。

定理M理論とIIA型超弦理論双対性

デリーブド代数幾何学、非可換幾何学、および安定ホモトピー理論の枠組みを用いると、11次元M理論を円 S¹ 上でコンパクト化した極限は、IIA型超弦理論数学的に等価である

7. 証明の要点

(a) コホモロジー対応

(b) 非可換性の考慮

(c) スペクトラム同値

2024-09-17

超弦理論M理論に基づく最初宇宙モデル

1. 位相的弦理論圏論的定式化

最初宇宙の基本構造記述するために、位相的弦理論圏論的定式化を用いる。

定義: 位相的A模型圏論記述として、Fukaya圏 ℱ(X) を考える。ここで X は Calabi-Yau 多様体である

対象: (L, E, ∇)

射: Floer コホモロジー群 HF((L₁, E₁, ∇₁), (L₂, E₂, ∇₂))

この圏の導来圏 Dᵇ(ℱ(X)) が、A模型の D-ブレーンの圏を与える。

2. 導来代数幾何学と高次圏論

最初宇宙の量子構造をより精密に記述するために、導来代数幾何学を用いる。

定義: 導来スタック 𝔛 を以下のように定義する:

𝔛: (cdga⁰)ᵒᵖ → sSet

ここで cdga⁰ は次数が非正の可換微分次数付き代数の圏、sSet は単体的集合の圏である

𝔛 上の準コヒーレント層の ∞-圏を QCoh(𝔛) と表記する。

3. モチーフ理論宇宙位相構造

宇宙の大規模構造位相性質記述するために、モチーフ理論適用する。

定義: スキーム X に対して、モチーフコホモロジー Hⁱₘₒₜ(X, ℚ(j)) を定義する。

これは、Voevodsky の三角DM(k, ℚ) 内での Hom として表現される:

Hⁱₘₒₜ(X, ℚ(j)) = Hom_DM(k, ℚ)(M(X), ℚ(j)[i])

ここで M(X) は X のモチーフである

4. 高次ゲージ理論と ∞-Lie 代数

最初宇宙の高次ゲージ構造記述するために、∞-Lie 代数を用いる。

定義: L∞ 代数 L は、次数付きベクトル空間 V と、n 項ブラケット lₙ: V⊗ⁿ → V の集合 (n ≥ 1) で構成され、一般化されたヤコ恒等式を満たすものである

L∞ 代数の Maurer-Cartan 方程式

Σₙ₌₁^∞ (1/n!) lₙ(x, ..., x) = 0

この方程式の解は、高次ゲージ理論古典的配位を表す。

5. 圏値場の理論と量子重力

最初宇宙の量子重力効果記述するために、圏値場の理論を用いる。

定義: n-圏値の位相的量子場の理論 Z を、コボルディズム n-圏 Cob(n) から n-圏 𝒞 への対称モノイダル函手として定義する:

Z: Cob(n) → 𝒞

特に、完全拡張場の理論は、Lurie の分類定理によって特徴づけられる。

6. 量子エントロピーと von Neumann 代数

最初宇宙の量子情報理論的側面を記述するために、von Neumann 代数を用いる。

定義: von Neumann 代数 M 上の状態 ω に対して、相対エントロピー S(ω || φ) を以下のように定義する:

S(ω || φ) = {

tr(ρω (log ρω - log ρφ)) if ω ≪ φ

+∞ otherwise

}

ここで ρω, ρφ はそれぞれ ω, φ に対応する密度作用素である

7. 非可換幾何学と量子時空

最初宇宙の量子時空構造記述するために、非可換幾何学を用いる。

定義: スペクトル三重項 (A, H, D)

非可換多様体上の積分は以下のように定義される:

∫_X f ds = Tr_ω(f|D|⁻ᵈ)

ここで Tr_ω は Dixmier トレースである

2024-08-19

物理学形式化についての概要

都市伝説によれば、かつてアインシュタイン古典的重力理論一般相対性理論」を理解していたのは3人だけだったと言われている。

それが真実かどうかは別として、その3人のうちの1人がダフィッド・ヒルベルトである。彼は、今日の初学者でも一般相対性理論理解できるように、それを数学で明確かつ正確(すなわち厳密)に形式化した。

古典的アインシュタイン重力は、時空上の擬リーマン計量のモジュライ空間上のスカラー曲率密度汎関数積分臨界点の研究にすぎない。

物理学基本的理論数学での基本的な定式化を持つべきだと信じたことで、ヒルベルト本質的アインシュタインを先取りすることができた。そのため、この汎関数現在アインシュタインヒルベルト作用汎関数と呼ばれている。

ヒルベルトは、1900年の有名なヒルベルト問題の一環として、この一般的アイデアを以前から提唱していた。ここでヒルベルトの第6問題は、物理学理論公理を見つけることを数学者に求めている。

それ以来、そのような公理化のリストが見つかっている。例えば、

物理学数学
力学シンプレクティック幾何学
重力リーマン幾何学
ゲージ理論チェルン・ヴェイユ理論
量子力学作用代数
ポロジカル局所量子場理論モノイダル(∞,n)-カテゴリ理論

このリストには注目すべき2つの側面がある。一方で、数学の最高の成果が含まれており、他方で、項目が無関係で断片的に見えることだ。

学生時代ウィリアム・ローヴィアは「合理的熱力学」と呼ばれる熱力学公理化の提案に触れた。彼は、そのような連続物理学基本的な基盤は、まず微分幾何学自体の良い基盤を必要とすることに気づいた。彼の生涯の出版記録を見てみると、彼が次の壮大な計画を追求していたことがわかる。

ローヴィアは、最初の2つの項目(圏論論理、初等トポス理論代数理論SDG)への画期的な貢献で有名になった。なぜか、このすべての動機である3番目の項目は広く認識されていないが、ローヴィアはこの3番目の点を継続的に強調していた。

この計画は壮大だが、現代基準では各項目において不十分である

現代数学自然トポス理論/型理論ではなく、高次トポス理論/ホモトピー型理論に基づいている。

現代幾何学は「変数集合」(層)だけでなく、「変数ホモトピー型」、「幾何学ホモトピー型」、「高次スタック」に関する高次幾何学である

現代物理学古典的連続物理学を超えている。高エネルギー(小さな距離)では、古典物理学は量子物理学特に量子場理論によって精緻化される。

したがって、高次トポス理論で定式化された高次微分幾何学における高エネルギー物理学の基礎が必要である

2024-08-16

量子論幾何学

量子論幾何学的側面は、数学的な抽象化を通じて物理現象記述する試みである

SO(3)とSU(2)

SO(3)は、3次元空間の回転を記述する特殊直交である

この群の要素は、3×3の直交行列行列式が1である

物理的には、SO(3)は角運動量の保存則や回転対称性に関連している。

SO(3)のリー代数は、3次元の反対称行列構成される。

SU(2)は、2×2の複素行列で行列式が1である特殊ユニタリである

SU(2)はSO(3)の二重被覆群であり、スピン1/2の系における基本的対称性記述する。

SU(2)のリー代数は、パウリ行列を基底とする3次元の実ベクトル空間である

SO(4)とその表現

SO(4)は、4次元空間の回転を記述する群である

SO(4)の要素は、4×4の直交行列行列式が1である

この群は、SU(2)×SU(2)として表現され、四次元の回転が二つの独立したSU(2)の作用として記述できることを示している。

これは、特にヤンミルズ理論一般相対性理論において重要役割を果たす。

ファイバー束とゲージ理論

ファイバー束は、基底空間ファイバー空間の組み合わせで構成され、局所的に直積空間として表現される。

ファイバー束の構造は、場の理論におけるゲージ対称性記述するために用いられる。

ゲージ理論

ゲージ理論は、ファイバー束の対称性を利用して物理的な場の不変性を保証する。

例えば、電磁場はU(1)ゲージ群で記述され、弱い相互作用SU(2)ゲージ群、強い相互作用SU(3)ゲージ群で記述される。

具体的には、SU(2)ゲージ理論では、ファイバー束のファイバーSU(2)群であり、ゲージ場はSU(2)のリー代数に値を持つ接続形式として表現される。

幾何学量子化

幾何学量子化は、シンプレクティック多様体量子力学的なヒルベルト空間に関連付ける方法である

これは、古典的位相空間上の物理量を量子化するための枠組みを提供する。

例えば、調和振動子位相空間量子化する際には、シンプレクティック形式を用いてヒルベルト空間構成し、古典的物理量を量子演算子として具体的に表現する。

コホモロジー

コホモロジーは、場の理論におけるトポロジー性質記述する。

特に、トポロジカルな場の理論では、コホモロジー群を用いて物理的な不変量を特徴づける。

例えば、チャーン・サイモン理論は、3次元多様体上のゲージ場のコホモロジー類を用いて記述される。

チャーン・サイモン理論

チャーン・サイモン理論は、3次元多様体上のゲージ場を用いて構成され、そのトポロジカル不変量を計算する。

この理論は、結び目不変量や3次元多様体の不変量を具体的に導出するために用いられる。

2024-08-12

SO(3)ってほんま美しいわな

今日はええ天気やなぁ。東北は雨ザーザーらしいけど、こっちはええ感じやで。ほんなら、SO(3)っちゅうのが何なんか、ちょっと考えてみよか。

量子力学数学

量子力学っちゅうのは、ミクロ世界説明するための理論で、抽象数学のいろんな分野とガッチリ結びついてんねん。

特に線形代数群論リー代数微分幾何学なんかが重要役割果たしてるんやで。

群論対称性

量子力学における対称性は、群論を通じて説明されるんや。

例えば、空間の回転対称性特殊直交群 SO(3) で表されるっちゅう話やね。

SO(3) は、三次元空間での回転を記述する群で、回転を合成してもまた回転になるっちゅうことで、群の構造を持ってるんや。

この群の性質理解することで、角運動量の保存則やスピン性質説明できるんやで。

リー群リー代数

SO(3) はリー群の一例で、リー代数はその接空間として定義されるんや。

リー代数は、群の局所的な性質記述し、量子力学における角運動量演算子の交換関係を表すんや。

リー代数構造定数は、演算子の交換関係を通じて、物理的な対称性を反映してるんやで。

表現論

量子力学では、物理系の状態ヒルベルト空間上のベクトルとして表されるんや。

群の表現論は、これらの状態がどんなふうに変換されるかを記述するための数学的な枠組みを提供するんや。

特に、SO(3) の既約表現は、整数または半整数スピン量子数によって特徴付けられ、スピン j の表現は (2j + 1) 次元の複素ベクトル空間上で作用するんやで。

微分幾何学と量子場理論

微分幾何学は、量子場理論におけるゲージ理論の基礎を提供するんや。

ゲージ理論では、場の局所的な対称性重要で、これが微分幾何学概念を通じて記述されるんや。

例えば、ファイバー束や接続形式は、ゲージ場の数学記述において中心的な役割果たしてるんやで。

量子力学抽象

量子力学数学抽象性は、古典的直感とはちゃう現象説明するために必要不可欠や。

観測問題波動関数確率解釈量子もつれなんか、これらの現象は、抽象数学を駆使することで初めて理解できるんや。

特にヒルベルト空間理論作用代数は、量子系の解析において重要役割果たしてるんやで。

まとめ

今日はこの辺にしとくけど、SO(3)っちゅうのが何なんか、ざっくりイメージできたんちゃうかな。

ちょっと難しい話やけど、これが量子力学深淵やで。

2024-06-10

1/r^2について: M理論に至るまでの過程

  • -GM_{1}M_{2}/r^2
  • q_{1}q_{2}/r^2

といった式について、素粒子では後者支配し、天体では前者が支配する。

これが電子原子核が見つかると問題となった。

距離における強い力のために、電子原子核螺旋状に落ち込むが、明らかに事実と違う。

この問題解決のために量子力学が考案され、

  • [p, x] = -iħ

というハイゼンベルグ関係式に従う。このため、r=0となることはなくなり、問題回避される。

これが、粒子の量子力学というものである

多様体上の楕円型作用素理論全体が、この物理理論に対する数学対応物で、群の表現論も近い関係にある。

しか特殊相対性理論考慮に入れるとさらに難しくなる。ハイゼンベルグ公式と同様の不確定性関係が場に対して適用される必要がある。

電磁場場合には、光子というように、新しい種類の粒子として観測される。

電子のような粒子もどうように場の量子であると再解釈されなければならない。電磁波も、量子を生成消滅できる。

こうして、物質反物質の生成消滅という予想が導かれる。

数学的には、場の量子論無限次元空間上の積分やその上の楕円型作用素関係する。

量子力学は1/r^2に対する問題の解消のために考え出されたが、特殊相対性理論を組み込むと、この問題自動解決するわけではないことがわかった。

といった発展をしてきたが、場の量子論幾何学の間の関係性が認められるようになった。

では重力考慮するとどうなるのか。一見すれば1/r^2の別な例を重力提供しているように見える。

しかし、例えばマクスウェル方程式線型方程式だが、重力場に対するアインシュタイン方程式非線形である

また不確定性関係重力における1/r^2を扱うには十分ではない。

物理学者は、点粒子を「弦」に置き換えることにより、量子重力問題が克服できるのではないかと試した。

量子論効果プランク定数に比例するが、弦理論効果は、弦の大きさを定めるα'という定数に比例する。

もし弦理論が正しいなら、α'という定数は、プランク定数と同じぐらい基本的定数ということになる。

ħやα'に関する変形は幾何学における新しいアイデア関係する。ħに関する変形はよく知られているが、α'に関する変形はまだ未発展である

弦のない物理学は、複素数のない数学のようなものと言える。

理論には5つのバリエーションがある。

  • IIA型、IIB型においては、弦は閉じた弦で、向きづけられ、電気的に絶縁体。
  • SO(32)あるいはE_8×E_8というゲージ群を持つヘテロ型の弦理論2つにおいては、弦は閉じた弦で、向きづけられ、電気的に超伝導体。
  • I型という理論については、弦は向き付けられておらず、電気的に絶縁体で、端点を持ちえる。端点を持つ場合は端点に電荷を持てる。

これらの理論は、それぞれが重力予言し、非可換ゲージ対称性を持ち、超対称性を持つとされる。

α'に関する変形に関連する新しい幾何学があるが、理解のために2次元の共形場理論を使うことができる。

ひとつは、ミラー対称性である。α'がゼロでない場合同値となるような2つの時空の間の関係を表す。

またトポロジー変化という現象がある。

まずt→∞という極限では、幾何学における古典的アイデアが良い近似となり、Xという時空が観測される。

t→-∞という極限でも同様に時空Yが観測される。

そして大きな正の値であるtと大きな負の値であるtのどこかで、古典幾何学が良い近似とはならない領域を通って補間が行われている。

α'とħが両方0でないときに起こり得ることがなんなのかについては、5つの理論が一つの理論の異なる極限である、と説明ができるかもしれないというのがM理論である

2024-06-05

幾何学ラングランズ、ホバノフホモロジー、弦理論

エドワードウィッテンは、幾何学的なラングランズ・プログラムの一部とアイデアとの関係について「電気磁気の二重性と幾何学的なラングランズ・プログラム」を執筆した。

ラングランズ プログラムに関する背景: 1967 年、ロバート ラングランズは、当時同研究所教授だったアンドレ ヴェイユ17ページの手書き手紙を書き、その中で大統一理論提案した。それは、数論、代数幾何学、保型形式理論における一見無関係概念を関連付ける。読みやすくするためにヴェイユ要望作成されたこ手紙タイプされたコピーは、1960 年代後半から 1970 年代にかけて数学者の間で広く流通し、数学者たちは 40 年以上にわたりラングランズ プログラムとして総称されるその予想に取り組んできた。

理論ゲージ理論双対性の背景を持つ物理学者は、カプースチンとの幾何学ラングランズに関する論文理解できるが、ほとんどの物理学者にとって、このトピックは詳細すぎて興味をそそるものではない。

一方で、数学者にとっては興味深いテーマだが、場の量子論や弦理論の背景には馴染みのない部分が多すぎるため、理解するのは困難(厳密に定式化するのは困難)。

短期的にどのような進歩があれば、数学者にとって幾何学的なラングランズのゲージ理論解釈が利用できるようになるのかを見極めるのは、実際には非常に難しい。

ゲージ理論とホバノフホモロジー数学者によって認識され評価されるのを見られるだろうか。

数論者が好むものの多くは物理学に登場している。

理論研究者として取り組んでいる物理理論が数論として興味深いものであることを示す多くのことがわかっている。

ここ数年、4 次元の超対称ゲージ理論とその親戚である 6 次元に取り組んでいる物理学者は、臨界レベルでの共形場理論役割に関わるいくつかの発見を行っているため、この点を解決する時期が来たのかもしれない。

過去20年間、数学物理学相互作用は非常に豊かであり続けただけでなく、その多様性が発展したが、私は恥ずかしいことにほとんど理解できていない。

これは今後も続くだろう、それが続く理由は場の量子論と弦理論がどういうわけか豊かな数学秘密を持っているからだ。

これらの秘密の一部が表面化すると、物理学者にとってはしばしば驚きとなることがよくある。

なぜなら、超弦理論物理学として正しく理解していないから。つまり、その背後にある核となる考え方を理解していない。

数学者は場の量子論を完全に理解することができていないため、そこから得られる事柄は驚くべきものである

したがって、生み出される物理学数学アイデアは長い間驚くべきものになるだろう。

1990 年代に、さまざまな弦理論が非摂動双対性によって統合されており、弦理論ある意味本質的量子力学的なものであることが明らかになり、より広い視野を得ることができた。

しかし、その根底にある原理が明確になっていない主題について、さまざまな側面を数学者物理学者研究である

今日若者にはさらに大きな発見のチャンスがある。

2023-10-24

レアさんにてモテたくて猛勉強して東大に入ったがモテなくて通学しながらホストになった話をやっていた。

この手のテレビ企画定番なのが、いかにも頭のいいことやらせスタッフには全然理解してない合いの手を入れさせることだが、今回は複素関数積分で、東大生が定理適用の仕方を語ってるところにスタッフが「なるほど…」と理解してなさそうなトーンで言っていた。

しか東京大学学生にしては簡単なことやってるなーと違和感があった。

計算用紙も見たがもろ

https://eman-physics.net/math/imaginary11.html

のあたり扱ってる内容で、このサイト複素関数から読み始めれば理系マーチに入れる学力なら複素平面終えたての高校生でも数日で計算できるようになる内容だろう。

なんだろう、むしろスタッフがわからないふりをしてるというよりも、むしろスタッフ側が複素関数積分ぐらい知っててこれ東大生に言わせたらいかにもって感じじゃねって考えてて、むしろスタッフの方から東大生に何を言わせるか提案してると考えた方が自然に思えた。東大生におまかせしちゃうとそれこそゲージ理論多様体の話とか難しさに際限がなくなっちゃうから…ってそれでも問題なく思えるんだど、とにかく東大生が勉強してると言ってる内容にしては簡単すぎて不自然に感じたのだ。

俺がすごいと思ったのは仕事中に他のホストが今どれぐらい売り上げてるか頭の中で計算して記憶してるって話。自分ワーキングメモリじゃ不可能だわ…

2023-02-06

anond:20230206175714

数論以外は多かれ少なかれ学際的な分野だしなぁ(もちろん数論だって他分野との関わりはたくさんあるが)

ミレニアム問題で有名な質量ギャップ問題とかも数学の未解決問題と言う扱いだし、ウィッテンフィールズ賞受賞してる

次元トポロジーとか(ドナルドソン以降の)ゲージ理論を多少なりとも聞きかじってないとモグリよ(まあ数学者の言う「ゲージ理論」と物理学者の言う「ゲージ理論」は多分全然違うけど)


あ、「低次元トポロジー」ならちょうどいい回答になるか?

2013-08-06

http://anond.hatelabo.jp/20130806014812

程度が低いかいかは別として、

これが酒の肴になるのは普通では無いと思うけど。。。(それともこれがはてな層の平均???)

ま、程度が低いと言う皮肉

自分はこんなことまでしてますよアピールしてるんだと思うけど、

素粒子の格子ゲージ理論も"ある意味"これに近いことですよ。

モデルを簡易化すれば個人laptopでもシミュレーション出来るようなのあるんじゃん?

それこそ、物理の実際使ってるシミュレーションとかでも、ほとんどが無償で公開されてるから

誰でも使えますよ。

実験装置を組み立てて、粒子飛ばして反応見る、なんてことも全て無償で出来ます

装置設計してグラフィカルに表示も出来ます

結果もグラフィカルに見えます

実際に実験で使っているものもそこから組み立ててます

先のページが酒の肴になるくらいならそういうのをやってみたらどうでしょうかね?

簡単なコードに落とし込めるもの

って、流体とかのが実際はよく分かってない部分があるし、それをある程度モデル化したものなんだから

結局同じことなんですけどね。

 
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