重力は幻なのか？　ホログラフィック理論が語る宇宙

　上下，左右，そして前後──空間の次元が３つあることは，私たちの身のまわりを見れば実感できる。これに時間を足せば，空間と時間が４次元で溶けあった「時空」になる。というわけで，私たちは４次元宇宙に住んでいる。しかし，本当にそうだろうか？

　私たちが感じている重力や空間次元の１つは，もっと次元の低い時空での粒子の相互作用から生まれる一種の「幻」なのかもしれない。「ホログラフィック理論」と呼ばれる物理学の理論によると，重力のない２次元空間は重力のある３次元空間と完全に同等だと考えられる。ホログラムから生まれる立体映像のように，重力を含む３次元の世界は２次元空間の物理から生じているのかもしれない。

　この２次元空間は，３次元空間の境界面に存在する。境界面上で起こっている物理現象は，クォークやグルーオンが強く相互作用する様子に似ている。一方，３次元空間内部での現象は，重力の量子論を含んでいる。２つの世界が同等であることから，量子力学と重力理論を適切に融合する道が開けてきた。量子重力理論は，自然界のすべての力を統一しようとする試みのカギを握っており，超ひも理論の研究者が何十年にもわたって進展させてきたものだ。

　量子重力的な効果はふつうは完全に無視できるが，ビッグバンの始まりでは非常に重要だった。このため，ビッグバンがどう始まったのかを説明するには量子重力理論が必要になる。また，ブラックホールの内部で何が起こっているかを理解するうえでも重要だ。

再録：別冊日経サイエンス247「アインシュタイン　巨人の足跡と未解決問題」