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2024-10-27

M理論とはなにか

M理論は、弦理論進化形であり、最終理論候補として位置づけられている。

特にM理論11次元の時空を基盤としており、5種類の超弦理論がこの11次元時空で統合される特性を持つ。

この統合は、双対性と呼ばれる関係によって実現される。

これらの理論には、M2膜と呼ばれる2次元膜や、M5膜と呼ばれる5次元膜が含まれる。

M2膜とM5膜上の場の理論自由度は、それぞれ膜の枚数 N に依存し、具体的には:

この関係は、特に行列模型の解析において重要であり、自由エネルギー評価にも影響を与える。例えば、M2膜の場合自由エネルギー F は次のように表される:

F ∝ N^(3/2)

ABJM理論は、M2膜を記述するための3次元理論であり、超対称チャーン・サイモン理論を基盤としている。

この理論では行列模型が用いられ、分配関数計算が行われる。ABJM行列模型における分配関数 Z は以下の形をとる:

Z = ∫ ∏(i=1 to N) dμ_i ∏(j=1 to N) dν_j (∏(i < j) sinh^2((μ_i - μ_j)/2) sinh^2((ν_i - ν_j)/2)) / (∏(i,j) cosh((μ_i - ν_j)/2))

さらに、インスタント効果と呼ばれる非摂動的な効果にも焦点が当てられている。

これらは膜インスタントンと弦インスタントンとして分類され、特定パラメータ空間で発散が相殺されることが示されている。

インスタントンと弦インスタントンの寄与は次のように表される:

e^(-S_膜) + e^(-S_弦)

ABJM行列模型の解析は可積分性の観点からも行われており、その解は代数曲線の量子化条件に関連している。

このことにより、背景時空と対応するカラビ・ヤウ多様体が非摂動的な補正項として厳密に求まる。

2024-10-08

anond:20241007235856

 

光の速さは一定

マイケルンモーレーという実験がある

地球宇宙空間を動いているのだから地球の進行方向と垂直方向では光の速さが変わるだろう。そう考えて実験してみたところ、どちらの速さも変わらなかった。つまり、どんな系でも光の速さは一定であるらしい。

 

これを式にするとこうなる。

光の速さをc, 時刻 t の間に光の進む距離を x として

x/t = c

式変形すると

(ct)^2 - x^2 = const = 0

おや、なんだか見たことある形になったね

 

空間回転を考えよう

ここで一旦休憩。座標系を回転させても'棒の長さは一定'という式を考えてみよう

x^2 + y^2 = const

かんたんのため z 方向は考えない

この時座系を回転させる式を行列で書くと

 

x' = | cos  -sin | x

y'    | sin  cos | y

こうなる。(心の目で読んで欲しい)

cos^2 + sin^2 = 1

という式を思い出すと

x'^2 + y'^2 = x^2 + y^2 = const

であることが確かめられると思う

 

戻って光の速さが一定の式

(ct)^2 - x^2 = const = 0

上の'棒の式'とは符号が逆だね。こんなときsin cos ではなく sinh cosh を使う。

 

cosθ = ((exp iθ) + (exp -iθ))/2

sinθ = ((exp iθ) - (exp -iθ))/2

 

sin cos は↑の定義だったのに対して

sinh cosh は↓の定義

 

coshθ = ((exp θ) + (exp -θ))/2

sinhθ = ((exp θ) - (exp -θ))/2

 

計算すると

cosh^2 - sinh^2 = 1 になるのがわかると思う。

cos^2 + sin^2 = 1 とは符号が逆になってるね

 

光の速さが系を変換しても変わらないという式を行列で書くと

ct' = | cosh  -sinh | ct

x'   | -sinh  cosh | x

こうなる。 これがローレンツ変換

 

(ct')^x - x'^2 = (ct)^2 - x^2

であることが確かめられると思う。

 

棒の長さが一定、つまり空間回転は空間方向 (x,y,z)しか混ぜないけれど、

光のはやさが一定、つまりローレンツ変換時間空間 (t, x ) を混ぜているでしょ?

 

時間が遅れる

速さ v で進むロケットを考えてみよう。

地上では昇くんがロケット観測している。

t 時間後に到達した距離を x として

v=x/t  

だ。

一方、ロケットには美加子さんが乗っていてその携帯電話の表示では地球を発ってから T時間である

Tを計算してみよう。

 

先程のローレンツ変換の式に代入すると

 

cT = ct cosh - x sinh = ct ( cosh - v/c sinh)

ここで x = ct を使ったよ。最後cosh で全体を纏める

= ct cosh ( 1 - tanh^2)

= ct (1/cosh)

になる。

ここまで誤魔化していたけど、cosh はロケットの速さ v で決まるパラメータ

1/cosh = \sqrt{1-(v/c)^2}

なんだ。天下り申し訳ないけど、増田では式も図も書けないので導出は勘弁して欲しい

とにかくまとめると

T = t \sqrt{1-(v/c)^2}

だね。ロケットの速度 v は光速度以下なので T < t になる。

地上で待つ昇くんが大学生になっても美加子さんが中学生のままなのはこんなワケだね

v が大きくなるほど時間の遅れは大きくなるよ




 

 
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