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2025-03-23

位相M理論位相的弦理論、TQFT

現代理論物理学では、「位相的」と名の付く理論は、物理系のダイナミクス局所的な振る舞いよりも、背景となる空間の形(トポロジー)そのものに注目します。

これらの理論は、計量(距離や角度などの幾何学情報)に依存せず、空間切り貼り境界の接合や分解)を通じた情報や不変量を扱います

1. TQFT(位相的量子場理論

TQFTは、数学的に「ボルディズム圏」と呼ばれる空間切り貼り構造と、そこから割り当てられる線形空間ヒルベルト空間や有限次元ベクトル空間)との間の関手として定式化されます

この理論の特徴は、物理的な「動き」や「時間発展」ではなく、空間トポロジーに基づいた不変量を計算する点にあります。つまり、たとえばある閉じた多様体に対するTQFTの配分関数は、その空間の「形」が変わっても変わらず、純粋にトポロジカルな情報を反映します。

2.位相的弦理論

位相的弦理論は、通常の弦理論特定方法で「ツイスト」して、物理的な局所自由度(例えば振動モードの詳細な数値やエネルギー)よりも、世界面やターゲット空間トポロジーに注目する理論です。

具体的には、2種類のモデル(AモデルとBモデル)に分かれ、Aモデルは主に対象空間のシンプレクティック構造から、Bモデルは複素構造の変形から不変量を抽出します。

これらの結果は、例えば曲線の数え上げやホモロジーの変化といった、幾何学的な不変量として現れ、またTQFTの枠組みと密接に結びついています

3.位相M理論

位相M理論は、通常のM理論位相的側面を抽出したものとして考えられています

M理論自体11次元記述される統一理論候補ですが、位相M理論はその中で、空間局所的な計量情報無視し、むしろ全体のトポロジーや膜の振る舞い(特にG₂ホロノミーを持つ7次元多様体など)に注目します。

この理論は、位相的弦理論のより高次元版とも捉えられ、例えば6次元空間に対するサークルバンドルを通じて、2次元の弦理論還元できると予想されています

まり位相M理論は、異なる位相的弦理論やTQFTの背後にある「統一的な枠組み」としての役割が期待されています

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