物を何回も細かく切る。切って切って切り続けると小さな粒になる。さらに細かくすると。
点になると都合が悪いことがある。点は、距離がゼロなので、ゼロでの割り算は、無限大になり、発散してしまう。そこで、点ではなく弦(距離を持つ)を想定した。また、粒子には、力と物があるが、これを入れ替えることを可能にする理論を超対称性理論というが、弦の性質に超対称性を付加することを思いついた。それが、超対称性の弦で超弦という。
超弦理論は弦理論が提唱されてからも30年近くが経つのだが、まだ未解明な分野が数多く残されている。しかし、この理論が完成すれば素粒子そのものだけでなく、宇宙が誕生し消滅する様子さえも理解できる、究極の物理理論になると期待されているのである。
弦理論を説明しようとすると、時空が10次元でないと数学的に矛盾が起きてしまう。この論を進めると10次元の中にはDブレーンと呼ばれる様々な次元の膜が存在し、宇宙の創生から終焉に至るまでの重要な役割を果たしていると考えられている。(Dは、次元のこと。)つまり、我々は10次元時空中の3次元のブレーンの上に存在していて、宇宙のインフレーションは別のブレーンがぶつかって消滅するプロセスであるという考えだ。また、ブレーン同士が衝突することで発生するエネルギーがビッグバンの基になっているという考えもある。
超弦理論にはもともと5種類の模型が知られていた。究極の理論としては、5つも模型があるということ自体が致命的に思われた。が、双対性というテクニックを活用して考えることにより、同じ理論の異なる極限としてとらえることが可能になった。この枠組みの中には11次元で定義されている膜の理論も含まれており、これらを総称してM理論と呼ばれるようになった。
超弦と重力
超弦には、閉じた弦と開いた弦があり、重力は、閉じた弦となる。スピンが2。丸まった次元も含め、空間次元あらゆる方向に移動可能であると推測される。観測では、重力は非常に弱い。力の粒子は、統一されるのであれば、本来、同じものであるから、強さは、同じであってもよいが、重力は、極端に弱い。明確ではないが、色々な次元に染み出してしますので、他の力(ボソン)に比べ、非常に弱くなっているのではないかと考えられている。ちなみに、観測では、強い力が4つの中では、文字通り最も強い。
超弦と他の力
他の力は、開いた弦と言われている。スピンが1。開いた弦は、端にブレーンが付いていると仮定されているので、ブレーン(空間次元)の付き方で性質が変わる。
フェルミオンは、開いた弦がブレーンとブレーンを結ぶ蝶番のようなイメージとしている。