この世界の余剰次元(extra dimension)とは? 私たちが暮らす宇宙は時間方向1つ、空間次元3つの4次元時空でできている。 しかし、相互作用の統一理論の立場からは3を超える空間次元を考え、4つめ以降の空間次元は小さすぎるか、あるいは遮蔽されていることによって観測にはかからない、という高次元理論が多数考えられている。 その嚆矢はすでに1920年代にカルツァ(T. Kaluza)とクライン(O. Klein)によって与えられ、彼らは5次元時空において重力理論を考え、4番目の空間次元をコンパクト化して4次元時空の理論を構成すると、4次元重力と電磁場が現れる、という電磁力と重力の統一理論を考えた。 相互作用の統一理論は、超重力理論、超弦理論と進化してきたが、超弦理論は量子異常を持たず、無矛盾に構成できるためには時空が10次元であることを要求し、4次元時空の残りの6次元空間はカラビ-ヤウ多様体にコンパクト化していると考える。 このような、4次元時空を超える空間次元のことを一般に余剰次元と呼ぶ。 余剰次元の大きさが動的に変化すると、4次元宇宙に余計な場が発生したり、結合定数が変化したり、さまざまな影響が出てくることになる。 余剰次元は、標準理論を超える物理理論、例えば弦理論などで提案されている。 これらの理論では、宇宙はより高い次元で構成されていると仮定されている。 観測の難しさについて、余剰次元は、その小ささや他の理由で直接観測することが非常に困難だ。 しかし、重力の振る舞いや、高エネルギー物理学実験などを通して間接的に探求されている。 重力の謎について、余剰次元の概念は、なぜ重力が他の力に比べて非常に弱いのかという「重力の階層性問題」を解決する手がかりとして注目されている。 余剰次元に重力が閉じ込められている場合、私たちの観測する4次元空間では重力が弱く感じられる可能性があるとされている。 高次元時空について、余剰次元は、5次元以上の高次元時空を構成すると考えられている。 例えば、5次元時空では、重力と電磁気力を統一する理論が考えられている。 超弦理論では、10次元または11次元の時空が基本となり、そのうちの6次元または7次元がコンパクト化(非常に小さく丸まっている)されていると仮定される。 実験的な検証について、現在、余剰次元の存在を直接示す証拠は...