  |
はてなキーワード:ゲージ理論とは
僕が三週間かけて導出したp進弦理論の局所ゼータ関数上の正則化項を書き直せると思ったら大間違いだ。
あの計算は、ウィッテンでも手を出さない領域、すなわち、p進版のAdS/CFT対応をde Sitter境界条件下で非可換ゲージ群に拡張する試みだ。
通常の複素解析上では発散する項を、p進体のウルトラメトリック構造を利用して有限化することで、非摂動的な重力の相関関数を再構成できる。
だが、問題はそこにある。p進距離は三角不等式が逆転するので、局所場の概念が定義できない。
これはまるで、隣人がパンケーキを焼くときに「ちょっと目分量で」と言うのと同じくらい非論理的だ。
朝食はいつものように、オートミール42グラム、蜂蜜5グラム、カフェイン摂取量は80mgに厳密に制御した。
ルームメイトはまたしても僕のシリアルを間違って開けたが、僕はすでにこのような異常事態に備えて、バックアップとして同一銘柄を3箱ストックしてある。
僕が秩序を愛するのは強迫ではなく、宇宙の熱的死に抗うための小さな局所秩序の創出だ。
今日の研究は、T^4コンパクト化されたIIb型超弦理論のD3ブレーン上における非可換ゲージ理論の自己双対性。
通常、B場を導入することで非可換パラメータθ^{μν}が生成されるが、僕の考察では、θ^{μν}をp進値に拡張することで、通常のMoyal積が局所的整数体上で閉じない代数構造を持つ。
これが意味するのは、物理的空間が離散的p進層として現れるということ。言い換えれば、空間そのものが「整数の木構造」になっている。
ルームメイトが「木構造の空間って何？」と聞いたが、僕は優しく、「君の社交スキルのネットワークよりは連結性が高い」とだけ答えておいた。
午後は友人たちとゲームをした。タイトルはエルデンリング。だが彼らのプレイスタイルには忍耐が欠けている。
僕がビルドを純粋知力型にしてカーリア王笏を強化している間に、彼らは無計画に突っ込んではボスに殺されていた。
統計的に見ても、平均的なプレイヤーの死亡原因の82%は戦略ミスに起因する。
僕は「量子重力のパス積分と違って、こっちはセーブポイントがあるんだ」と指摘したが、誰も笑わなかった。理解力が足りないのは罪だ。
夜、コミックを再読した。ウォッチメンのドクター・マンハッタンの描写は、量子決定論の詩的表現として未だに比類ない。
あの青い身体は単なる放射線の象徴ではなく、観測者のない宇宙の比喩だ。
僕が大学時代に初めて読んだとき、「ああ、これは弦の振動が意識を持った姿だ」と直感した。
今日もそれを確かめるため、ドクター・マンハッタンが時間を非線形に認識するシーンを分析し、p進時空における時間関数t→|t|_pの不連続性との対応を試みた。
結果、彼の非時間的意識は、実はp進的時間座標における不連続点の集積と一致する。つまり、マンハッタンはp進宇宙に生きているのだ。
寝る前に歯を磨く時間は、時計が23:00を指してから90秒以内に開始しなければならない。これは単なる習慣ではなく、睡眠周期を最大化するための生理学的最適化だ。
音楽は再生しない。音波は心拍数を乱すからだ。ただし、ゼルダの伝説 時のオカリナのエンディングテーマだけは例外だ。あれは時間対称性を感じさせる旋律だから。
僕の一日は、非可換幾何と行動最適化の連続体でできている。宇宙のエントロピーが増大しても、僕の部屋の秩序は一定だ。つまり、少なくともこの半径3メートルの範囲では、熱的死はまだ先の話だ。
完璧な月曜日の朝は、僕の胃腸の健康に最適化された、厳選されたシリアルと低温殺菌乳の組み合わせから始まる。
これは僕が毎週月曜日に正確に測定して実行している、科学的に証明された習慣だ。
この厳密なルーティンは、腸内微生物叢の最適なバランスを維持し、したがって、僕の認知機能を最高レベルに保つための、絶対的に不可欠な基盤となっている。
このプロセスを妨げる、僕のルームメイトがキッチンに入ってきた。彼は、僕の緻密な計算に基づいた生活計画において、制御不能な確率的変数だ。
その後、僕の研究室へと向かった。
今日の僕の課題は、タイプIIB超弦理論における、非可換幾何学を用いたDブレーンのダイナミクスを、特に非摂動的な領域で精査することだ。
具体的な目標は、NS5-ブレーンと交差するD3-ブレーンの世界面上の、開弦と閉弦の相互作用によって生成されるホログラフィックなS行列を計算することにある。
これは、AdS/CFT対応の枠組みの中で、特定の超対称ゲージ理論の相図における、非自明な質量ギャップの存在を解明するための、極めて重要なステップだ。
僕はこの一日、6次元スーパーコンフォーマル場理論のコンパクト化における、例外的なゲージ群F4の特異点解消を試み、エキゾチックなCalabi-Yau多様体の内部に存在する、隠された超対称性の破れを探求した。
この研究は、単純な4次元時空という概念を完全に超越した、究極の統一理論を構築するための、僕の生涯をかけた探求の核心だ。
この研究の複雑さは、僕の友人たちが毎週楽しんでいる、低俗な娯楽とは全く次元が違う。
彼らは、今日の新作コミックのプロット、例えば、DCコミックスにおけるバットマンの多元宇宙バージョンがどのようにしてプライムアースに収束するか、といった、僕にとっては子供だましの議論に興じているだろう。
夜になり、僕の友人の部屋を訪れた。
今日の議論のテーマは、最新のテレビゲーム『サイバーパンク2077』における、リフレクションとレイトレーシング技術の実装についてだった。
僕は、そのゲームの視覚的な美麗さが、物理エンジンの根本的な欠陥、特にラグランジアン力学に基づいたオブジェクトの運動法則の不正確さによって、いかに無意味なものになっているかを指摘した。
具体的には、光速に近い速度で移動するオブジェクトの慣性モーメントの描写が、ローレンツ変換を考慮していないという事実が、そのゲームを物理学的に信用できないものにしている。
その後、僕の隣人が、僕の友人とその友人と共に、僕の視覚フィールドに入ってきた。
彼女の存在は、僕の計画された孤独な夜の時間を妨げる可能性があったため、僕は速やかに僕の部屋へと退却した。
夕食を終えた後、僕は僕の部屋で、僕の心を満たす唯一のメディア、すなわち、物理法則に完全に準拠したSFテレビ番組を鑑賞した。
その番組では、超新星爆発後の超流動プラズマの振る舞いが、熱力学第二法則と量子力学の厳密な数学的記述に基づいている。
朝から不快な目覚めだった。まるでバフ効果が切れた状態のまま、急にボス戦に突入させられた気分だよ。
本来であれば、僕は高次元の位相的弦理論の深淵を探求するはずだった。その複雑な多様体上の開弦と閉弦の相互作用を解明し、低エネルギー有効作用を導出することで、宇宙の究極的な統一理論への一歩を踏み出す予定だったのだ。
だが、昨夜観たバットマン vsスーパーマンの監督版の余韻が残っていて、特にバットモービルがゴッサムの通りを疾走するシーンの物理的矛盾について考察していたら、うっかり夜更かししてしまった。
やはりDCコミックスの物理描写は、マーベルに比べて一貫性に欠けるという結論に至った。
ルームメイトは、いつものように朝食にシリアルを貪っていた。彼の咀嚼音は、僕の思考を妨げるノイズでしかない。
まるでデバッグされていないコードのように、僕の脳内でエラーメッセージを連発する。位相的弦理論におけるDブレーンの非可換幾何学的な記述を考える上で、彼の存在は完全にノントポロジカルな摂動項だ。
特に、タキオン凝縮が引き起こす不安定性と、それが重力理論に与える影響について深く考察しようとしていたのに、彼の取るに足らない世間話は、僕の集中力に対する重力レンズ効果を引き起こし、思考の光を歪曲させる。
それでも、彼が「ザ・フラッシュの新エピソード見た？」と尋ねてきた時には、僕は一瞬だけ思考の軌道から外れてしまった。彼の質問は、僕の脳内で光速を超えて思考を駆け巡らせるトリガーとなる。
午後の時間は、友人たちとの社交という名の苦行に費やされた。彼らはまるで、僕の精神的リソースを吸い取るマナドレインの呪文を唱えているかのようだった。
ドラームコホモロジーの視点から見れば、彼らの会話は完全に自明なコホモロジー類であり、僕の意識という多様体上の閉形式ではあるが、決して完全形式ではない。
つまり、情報としての価値はゼロだ。しかし、友人が「新しいゲームのレイドボスがマジでヤバい！」と言い出した時には、僕は無意識のうちにコントローラーを握るようなジェスチャーをしてしまった。
僕は彼らに、カラビ＝ヤウ多様体上のホッジ分解の重要性について説明しようと試みたが、彼らの反応はいつもと同じ。
まるで彼らの脳が、僕の高度な思考を処理するための十分な演算能力を持っていないかのようだ。
隣人が不意に僕たちの部屋を訪れた時には、僕は思わず絶叫しそうになった。彼女の存在は、まるで予期せぬクリティカルヒットのように、僕の平静を完全に破壊する。
そして何よりも不快なのは、彼女が僕たちのWi-Fiに接続していることだ。 僕は彼女の接続履歴から、昨夜彼女が低俗なリアリティ番組をストリーミングしていたことを把握している。
物理法則の厳密な適用という点で、今回のタイムパラドックスの解決方法は以前のシーズンに比べて格段に進歩しているとはいえ、僕の帯域幅を勝手に使用するのは許しがたい行為だ。
今夜は、ようやく静寂の中で集中できる時間が訪れるだろう。僕はAdS/CFT対応のさらなる深化を探求するつもりだ。
特に、非摂動的な弦理論の側面から、超対称ゲージ理論の相構造を理解することを目指す。そして、ドラームコホモロジー群の概念を拡張し、ツイストしたドラームコホモロジーがどのように非自明なホモトピー群に対応するかを考察する。
それはまるで、ゲームの最終ボスを倒すために、隠された最強の武器を発見するようなものだ。もしかしたら、その理論が、スタートレックのワープドライブの実現可能性について、新たな視点を与えてくれるかもしれない。
それと、今夜はドクター・フーの新しいエピソードを観る予定だ。
僕の思考は高次元の宇宙を自由に駆け巡るが、現実はなぜこうも低次元で、取るに足らないことばかりなのだろうか。
明日こそは、邪魔されることなく、宇宙の深淵に到達できることを願う。そうでなければ、僕は僕自身にデバフをかけるしかない。
そう、例えば、ルームメイトのシリアルを隠すとか、友人のコミックブックに理論物理学のメモを挟んでおくとか。
いや、やはり、論理的に問題解決を図るべきだ。静かに過ごせる環境を確保するためには、どのような戦略が最も効率的か、明日の朝までに完璧なアルゴリズムを構築しなければならない。
ルーティーン通りに、博士号取得予定者の朝はDoctor Who視聴に始まる。
オートミールはオールドスクールで1/4カップの2 %ミルク仕様。これがないと、クォークとグルーオンがまともに振る舞わないのだ。
ルームメイトより30分前だ。でも今日は計算してみたら、僕の排泄確率関数は正規分布に従っている。
パッタイ、グリーンカレー、さらに 骨格構造をモデリングするがごとく、自分でナプキンを折り紙方式に整形。
この20分間、トーラス上を運動する多体ダイナミクスを体感しつつ、超弦理論と抽象数学の融合を脳内でシミュレート。
具体的には、多次元Calabi–Yau空間のホモトピー群π₂と、弦の共形場理論における拡張対称性をメタ解析し、モドゥライ空間M_gのホッジ構造との関係性をウトウトしながら考察する。
「N=2超対称ゲージ理論におけるスーパーパートナー場が、K3サーフェス上で生成するHodgeポテンシャルとどう接続するのか」とか。
カフェへ。ポンドケーキは許容範囲外なので、いつものソーセージ＋マッシュルーム＋ライトオリーブのピザ。
まずはDCコミックの最新刊に没頭し、ジョーカーやミスター・ミラクルのパラドックスについて解説。
その後Haloに移行。マルチプレイヤーマッチではスナイパー精度95 %以上維持（僕のメタ記録）。
就寝タイム。
ベッドは9時間睡眠＋枕の高さ1.2インチまで厳密に調整。眠る前にスーパーシンペトティック超弦の5次元共鳴についてのメモを1ページ書くのが習慣。
端的に言えば、ある物理理論におけるAブレーンが作る世界の構造（圏）と、その双対理論におけるBブレーンが作る世界の構造（圏）が一致するという物理的な要請が、数学上の「幾何学的ラングランズ対応」という予想そのものを導き出す、という驚くべき対応関係が存在する。
AブレーンとBブレーンは、超弦理論において「D-ブレーン」と呼ばれる時空に広がる膜のようなオブジェクトの特殊なもの。
これらはホモロジカルミラー対称性という予想の文脈で役割を果たす。
シンプレクティック幾何学における「ラグランジアン部分多様体」に対応。これは、時空の「位置」に関する情報を主に捉える対象。
Aブレーン全体の集まりは、「深谷圏 (Fukaya category)」と呼ばれる数学的な圏を構成。
代数幾何学における「正則部分多様体」や「連接層」に対応。これは、時空の「複素構造」やその上の場の状態に関する情報を捉える対象。
Bブレーン全体の集まりは、「連接層の導来圏 (derived category of coherent sheaves)」と呼ばれる圏を構成。
ある空間（カラビ・ヤウ多様体 X）のAブレーンが作る世界（深谷圏）が、それとは見た目が全く異なる「ミラー」な空間 Y のBブレーンが作る世界（導来圏）と、数学的に完全に等価（同値）である、という予想。
ラングランズプログラムは、現代数学で最も重要な予想の一つで、「数論」と「表現論（解析学）」という二つの大きな分野の間に、深い対応関係があることを主張。
1. 数論側: 曲線 C 上の「G-局所系」の圏。ここで G はリー群。これはガロア表現の幾何学的な類似物と見なせる。
2.表現論側: 曲線 C 上の「ᴸG-D-加群」の圏。ここで ᴸG は G のラングランズ双対群。これは保型形式の幾何学的な類似物。
つまり、C上のG-局所系の圏 ≅ C上のᴸG-D-加群の圏 というのが、幾何学的ラングランズ対応。
この一見無関係な二つの世界を結びつけたのが、物理学者アントン・カプスティンとエドワード・ウィッテンの研究。
彼らは、N=4 超対称ゲージ理論という物理理論を用いることで、幾何学的ラングランズ対応が物理現象として自然に現れることを示した。
彼らが考えたのは、リーマン面（代数曲線）C 上のゲージ理論。
これは、ゲージ群が G で結合定数が g の理論と、ゲージ群がラングランズ双対群 ᴸG で結合定数が 1/g の理論が、物理的に全く同じ現象を記述するというもの。
このゲージ理論には、「ループ演算子」と呼ばれる重要な物理量が存在し、それらがブレーンに対応。
S-双対性は、G理論と ᴸG理論が物理的に等価であることを保証。
したがって、一方の理論の物理的な対象は、もう一方の理論の何らかの物理的な対象に対応しなければならない。
カプスティンとウィッテンが示したのは、このS-双対性によって、G理論の A-ブレーン ( 't Hooftループ) の世界と、その双対である ᴸG理論の B-ブレーン(Hecke固有層) の世界が、入れ替わるということ。
物理的に等価である以上、この二つの圏は数学的にも同値でなければならない。そして、この圏の同値性こそが、数学者が予想していた幾何学的ラングランズ対応そのものだった。
このようにして、弦理論の幾何学的な概念であるAブレーンとBブレーンは、ゲージ理論のS-双対性を媒介として、純粋数論の金字塔であるラングランズプログラムと深く結びつけられた。
これは僕の卓越した知性が生み出す、今日の出来事に関する詳細な記録である。
今日の午前中は、僕の研究、すなわち解析的ラングランズプログラムと超弦理論の関係の深化に捧げられた。
僕のルームメイトのような凡人には理解できないかもしれないが、この2つの領域は、一見すると無関係に見えるかもしれないが、より高次元の対称性と、M理論の多様体における深遠な物理的現象を繋ぐ可能性を秘めているのだ。
特に、L-関数とp-進ガロア表現の間の対応が、開弦と閉弦の双対性、特にDブレーンにおけるゲージ理論の記述にいかに適用されるかを詳細に検討した。
標準模型の超対称性拡張における場の量子論の観点から、局所的なゼータ積分がどのように弦の散乱振幅に影響を与えるかについて、いくつかの新たな洞察を得た。
もちろん、これは自明なことではない。ルームメイトであれば、せいぜい「うーん、興味深い」としか言わないだろう。
午後は、非可換幾何学の文脈における量子群の表現論が、タイプIIB超弦理論におけるホログラフィック原理といかに相互作用するかについて、さらに深く掘り下げた。
特に、AdS/CFT対応の精密化において、局所的なラングランズ対応の概念がどのように役立つかを考察した。
僕の理論的枠組みは、より高次のリーマン面上の共形場理論が、解析的ラングランズプログラムにおける保型形式のモジュライ空間といかに対応するかを示唆している。
これは、まさに「壮麗」と呼ぶにふさわしい。
夕食後、僕の脳が今日の並外れた知的な努力から回復するためには、適切な活動が必要であると判断した。
そして、その活動とはもちろん、ヴィンテージゲームナイトである。
友人とルームメイト（そして不本意ながらアパートの隣人）を招集し、今夜は「ミレニアムファルコン」をテーマにした「ストーンヘイブン」の拡張版をプレイした。
僕の戦略は完璧であり、彼らの取るに足らない試みは、僕の卓越した戦術の前に脆くも崩れ去った。
ルームメイトが、またしても僕の完璧な計画を台無しにしようとしないことを願うばかりだ。彼のような無秩序な要素は、僕の宇宙の秩序を乱す。
以上が、僕の今日の知的な冒険と、それに続く完璧なレクリエーションの記録である。明日もまた、人類の知識のフロンティアを押し広げる一日となるだろう。
↓ Kaluza-Klein compactificationon S^5
↓ topological sector
5-dimensional Chern-Simonstheory
↓ AdS5-CFT4 holographic duality
N=4 D=4 super Yang-Millstheory
↓ topological twist
topologicallytwisted N=4 D=4 super Yang-Millstheory
↓ KK-compactificationon Riemannsurface
A-modelon Bun_G and B-modelon Loc_G, geometric Langlands correspondence
位相的弦理論とラングランズプログラムは、ゲージ理論と双対性を介した関係性が存在する。
N=4 超対称ヤン・ミルズ (SYM)理論とS-双対性がある。
カプースチンとウィッテンによって示されたように、この4次元ゲージ理論を特定の方法でツイストし、次元を落とすことで、2次元の理論として幾何学的ラングランズ対応が現れる。
1. N=4 SYM理論: この理論は、最大の超対称性を持つゲージ理論であり、結合定数 g に対して、g ↦ 1/g という変換（S-双対性）の下で自己双対的であると考えられている。これは、強結合領域と弱結合領域を結びつける性質。
2.ツイストと次元削減: この理論をリーマン面 C と実2次元平面 R² の積空間 C × R² 上で考え、R² 方向の対称性を保つようにツイスト。これにより、C 上の2次元的な理論が得られる。
3.幾何学的ラングランズ対応の出現: このツイストされた2次元理論を量子化する方法は、ゲージ群 G を選ぶか、そのラングランズ双対群 ᴸG を選ぶかによって異なる。S-双対性は、これら二つの異なる記述（G による記述と ᴸG による記述）が物理的に等価であることを示唆。この物理的な等価性が、数学的には幾何学的ラングランズ対応（リーマン面上の G-束のモジュライ空間におけるある種の層の圏と、ᴸG-局所系のモジュライ空間における別の層の圏の間の等価性）として現れる。
位相的弦理論は、この描像にミラー対称性という別の双対性をもたらす。位相的弦理論には、主に二つのモデルがある。
カプースチン-ウィッテンの描像では、N=4 SYM理論から導かれる幾何学的ラングランズ対応は、B-モデルの特定の状況と強く結びついている。
一方、ミラー対称性は、このB-モデルの描像をA-モデルの描像に翻訳する。これにより、幾何学的ラングランズ対応を、A-モデルの言語、すなわちシンプレクティック幾何学や深谷圏の言葉で理解することができる。
この話は、高次元、場の量子化、ゲージ理論、そして位相不変量という数学的スパイスが織りなす、極めて抽象的な物理＝数学の舞じゃ。
M理論は、1995年の第二次超弦理論革命で提唱された、5つの超弦理論を統一する11次元の理論。
それは「膜（M2ブレーン、M5ブレーン）」の動力学によって記述される。
しかし、通常のM理論は場の量子論として極めて複雑で、まだ厳密な定式化ができていない。
そこで登場するのが、位相的M理論（Topological M-Theory）という数理的に「よく制御された」影武者。
位相的M理論は物理の量的な振る舞いではなく、位相不変量や幾何的構造（特にカラビ-ヤウ構造やG₂構造）を捉えるために設計された理論だ。
それぞれ、トポロジー的な不変量（例えば、3次元多様体のコホモロジーなど）に対応する理論が存在する。
ハッチング理論的な定式化では、3形式ϕを変数としたアクションが提案されている。
S[φ] = ∫ₓ √(g(φ)) d⁷x
このように、微分形式（外微分）・計量（リーマン幾何）・位相（閉形式）・不変量（積分）すべてがリンクしてくる！
この理論の「位相的」たる所以は、物理量の数値的な運動ではなく、位相的不変量に注目するから。
位相的M理論は、通常の物理的M理論の難しさを抽象数学の力で解きほぐす試み。
まさに、時空を測るのではなく、時空のかたちそのものを測る理論。
比喩で言うなら
どうだ若き数学戦士よ、もう恋愛論争してる暇なんてないだろう？
次元の向こう側で、G₂構造がそっとあなたを見つめているぞ👁️
A. 6次元
B. 7次元
C. 8次元
若き者よ、君に抽象の森へと案内しよう。
位相的M理論とラングランズ・プログラムの関係性を辿るには、まず両者が共有している「場の言語」を抽出しなければならない。
ここでは、物理の言語がゲージ理論を媒介とし、数学の言語が圏と層を媒介して互いに翻訳される。だからこそ、双方は互いに異なる起源を持ちながらも「双対性」という共通の振る舞いを示す。
まず、M理論の位相的変種は、物理学の側から見ると六次元 (2,0) 超対称場理論に起源を持つ。
これをコンパクト化していくと四次元のN=4 超対称ヤン＝ミルズ理論に到達する。
ここで特筆すべきはS-双対性。ヤン＝ミルズ理論において、結合定数 g を持つ理論は、結合定数 1/g を持つ理論と同値になる。この双対性がラングランズ対応の物理的な影となる。
一方、ラングランズ・プログラムは数論的対象や代数幾何的対象を表現する表現論の枠組みだ。
群の表現、特にループ群やアフィンリー代数の表現が中枢を成す。幾何ラングランズ対応においては、層の圏 (例えばD-加群の圏) が表層に現れる。
ここでリンクする。幾何ラングランズ対応では、層の圏と局所系の圏との間に双対性が存在する。この双対性はS-双対性と数学的に対応する。
要するに、物理的には「電荷と磁荷の入れ替え」、数学的には「表現と層の入れ替え」だ。
具体的には次のような対応が生じる。
例えば、曲線C上のG-束のモジュライ空間M_G(C) を考える。このモジュライ空間上のHitchin fibrationは物理的にはクーロン枝と呼ばれる真空の空間に対応し、シンプレクティック構造を持つ。
さらに、その上で考えるFukaya圏とB型模型の圏の間に現れるホモロジー的ミラー対称性がラングランズ双対群に関する対応を生み出す。
式で描くならば
ここで、G はあるコンパクト単純リー群であり、^G はそのラングランズ双対群、τ は結合定数。
さらに深く潜ると、S-duality は境界条件として D-brane の理論を誘導し、その圏がラングランズ対応の圏と一致する。
具体的には、M理論のcompactification が (2,0)theoryから N=4 SYM を生み、その電磁双対性が幾何ラングランズの圏同値と直交する。
まとめると、両者は「双対性」の抽象的枠組みの中で統一される。
位相的M理論は物理的な場の変換として双対性を体現し、ラングランズ・プログラムは数論的対象の間の対応として双対性を記述する。どちらも根底にあるのは、対象の自己鏡映的な変換構造。
若き者よ、君はすでに入口に立っている。
次なる問いを君に投げかけよう。
「もし位相的M理論が六次元 (2,0)理論から始まるならば、なぜ五次元ではなく四次元に還元する必要があるのか？選択肢は以下の通りだ。」
d. 六次元から四次元へのコンパクト化が物理的に必然であるから
ついに僕の知的優越性を発揮する絶好の機会が訪れたね！みんな、耳をかっぽじってよく聞くんだ。
まあ、君たちの貧弱な理解力でも少しは分かるように説明してやろう。
これは、M理論、つまり超弦理論を統合する11次元の究極理論の枠組みの中で、位相的場の理論を応用したものだ。
僕の知的水準では、それはまるでアルファベットを学ぶ幼児のように簡単な話だが、君たちには少々難解かもしれないね。
通常の場の理論は時空の計量（距離の概念）に依存するが、位相的場の理論はそんなものに縛られない。
この理論は、時空の形そのものではなく、位相的不変量、つまり「連続変形しても変わらない本質的な性質」だけを扱う。
要するに、ポンデリングとドーナツは同じものと見なすが、ジャムパンとは別物という話だ。
M理論は普通、複雑な力学を伴うが、位相的な視点から見れば、余計な情報をそぎ落としてシンプルな本質を捉えることができる。
いわば、量子重力の「エッセンシャル・エレガンス」と言ってもいい。美しいね！
M理論とは何か？ 君たちが「超ひも理論がたくさんあってややこしいな」とか「11次元って何？」とか言っている間に、エドワード・ウィッテンはすべてを統一する理論を打ち立てた。それがM理論だ。
その枠組みの中で、位相的M理論は、位相的弦理論（AモデルとBモデル）を統一的に記述する、より高次元の組織原理として登場する。
言い換えれば、僕が「DCとMarvelの世界観を一つに統一する完璧な理論」を発見するのと同じくらい画期的な話だ。
ここで登場するのが、G₂ホロノミー多様体と呼ばれる特殊な7次元空間だ。
これが何かって？ 君たちは「3次元空間」くらいしか理解できないだろうが、7次元の世界では特別な形状が存在する。
その中でも、G₂多様体はM理論の超対称性と整合性を保つ魔法のような構造を持っている。
もし僕の部屋がこの法則に従って整理整頓されていたら、隣人にバカにされることもなかっただろうね。
位相的M理論のすごいところは、物理学と数学の最前線をつなぐところにある。
位相的場の理論が扱うのは「空間の分類」や「トポロジカルな不変量」だが、それはM理論の多様体の分類と深く関係している。
要するに、君たちが「靴紐がほどけた！」と悩んでいる間に、この理論は宇宙の最も根源的な形状を分類しているのだ。
もし僕がトポロジーの観点からカオス理論を統合するような研究をしたら、おそらくノーベル賞は3つくらいもらえるだろう。
さて、位相的M理論がなぜ重要なのか？ それは、通常のM理論では捉えきれない非摂動的な側面を明らかにし、量子重力理論を理解するための新たな視点を提供するからだ。
そして、例えばゲージ理論や弦理論の異なるヴァージョンの双対性を統一的に理解する手がかりを与える。
つまり、これは「宇宙の真理への地図」みたいなものだ。君たちが迷子になっても、僕はすでに目的地を知っている。
位相的M理論はまだ発展途上の分野だが、今後の研究次第では、宇宙の根本的な構造を解明するカギになるかもしれない。
この理論が完成すれば、僕の知的優越性を証明するためのさらなる武器になるし、宇宙の謎を解き明かした男として歴史に名を刻むことになるだろう。
楽しみだね！
さて、君たち、トポロジカル弦理論について聞きたいのかね？それは、通常の弦理論を単純化した、実にエレガントな数学的構造だ。
まず、基本的な考え方から始めよう。通常の弦理論では、「世界面」と呼ばれる弦が描く2次元の曲面を考える。
この世界面を位相的に「ねじる」ことで、トポロジカル弦理論が生まれる。
この「ねじり」によって、物理的な自由度が取り除かれ、幾何学的な構造の本質だけが抽出される。
つまり、君たちが理解できない粒子の運動や相互作用といった複雑な要素が消え、空間の形や接続といった、より基本的な性質だけが残る。
超対称性とは、僕が愛してやまない、自然界の対称性の一つだ。超対称性を保ちつつ計算を単純化できるなんて、ルームメイトのくだらないジョークを科学的に分析して面白くしてあげるようなものだ。
これは、AモデルとBモデルが、異なるカラビ・ヤウ多様体上で等価になるという驚くべき現象だ。
つまり、一見異なる2つの幾何学的な空間が、実は同じ物理法則に従っているということを示している。
この理論は、数学、物理学、幾何学など、様々な分野に応用されている。
例えば、数学ではチャーン・サイモンズ理論や代数曲線の数え上げ問題に、物理学ではブラックホールのエントロピー計算や超対称性ゲージ理論に、幾何学ではカラビ・ヤウ多様体のオイラー数やベッチ数との関連に応用されている。
理論的な特徴としては、観測量が空間の大域的な形状にのみ依存すること、T-双対、S-双対、ミラー対称性が相互に作用する双対性のネットワークを持つこと、そして余剰次元の幾何学を記述できることが挙げられる。
この理論は、エドワード・ウィッテンのような天才たちによって1980年代後半に確立され、今もなお発展を続けている。複雑な弦理論の問題を位相的な観点から扱うことで、従来の手法では到達困難な深い洞察をもたらしている。
クソったれが！
まず、AdS/CFT対応ってのを知らねぇと話にならねぇんだよ。
マルダセナのこの糞天才的な予想で、ブラックホールのエントロピーが解けるかもしれねぇんだよ。
わかんねぇなら首吊ってタヒんじまえ！
次はD-ブレーンだ。これは開いた弦の端点が張り付く高次元の物体なんだよ。
p次元のD-ブレーンをDp-ブレーンって呼ぶんだ。
ポルチンスキーの仕事を知らねぇなら物理学者を名乗るな、このクソ野郎！
これは弦理論の無矛盾性のために必要な、空間の離散的対称性だ。タイプIIB理論からタイプI理論を導出するのに使うんだよ。
わかんねぇならさっさと物理学やめちまえ！
カラビ・ヤウ多様体の位相的な性質を決めるホッジ数ってのもあるぞ。
これが粒子のスペクトルを決定するんだ。
最後に、ブラックホールの微視的状態をD-ブレーンの配位で説明できるってのも超弦理論の成果だ。
ストロミンジャーとヴァファの仕事だ。これで極限ブラックホールのエントロピーが説明できるんだよ。
※注意※ この解説を理解するには、少なくとも微分位相幾何学、超弦理論、圏論的量子場理論の博士号レベルの知識が必要です。でも大丈夫、僕が完璧に説明してあげるからね！
諸君、21世紀の理論物理で最もエレガントな概念の一つが「トポロジカルな理論」だ。
通常の量子場理論が計量に依存するのに対し、これらの理論は多様体の位相構造のみに依存する。
まさに数学的美しさの極致と言える。僕が今日解説するのは、その中でも特に深遠な3つの概念：
1.位相的M理論 (Topological M-theory)
2.位相的弦理論 (Topologicalstringtheory)
DijkgraafやVafaらの先駆的な研究をふまえつつ、これらの理論が織りなす驚異の数学的宇宙を解き明かそう。
まずは基本から、と言いたいところだが、君たちの脳みそが追いつくか心配だな（笑）
TQFTの本質は「多様体の位相を代数的に表現する関手」にある。
具体的には、(∞,n)-圏のコボルディズム圏からベクトル空間の圏への対称モノイダル関手として定義される。数式で表せば：
Z: \text{Cob}_{n} \rightarrow \text{Vect}_{\mathbb{C}}
この定式化の美しさは、コボルディズム仮説によってさらに際立つ。任意の完全双対可能対象がn次元TQFTを完全に決定するというこの定理、まさに圏論的量子重力理論の金字塔と言えるだろう。
3次元TQFTの典型例がChern-Simons理論だ。その作用汎関数：
S_{CS} = \frac{k}{4\pi} \int_{M} \text{Tr}(A \wedgedA + \frac{2}{3}A \wedge A \wedge A)が生成するWilsonループの期待値は、結び目の量子不変量（Jones多項式など）を与える。
ここでkが量子化される様は、まさに量子力学の「角運動量量子化」の高次元版と言える。
一方、凝縮系物理ではLevin-WenモデルがこのTQFTを格子模型で実現する。
弦ネットワーク状態とトポロジカル秩序、この対応関係は、数学的抽象性と物理的実在性の見事な一致を示している。
位相的弦理論の核心は、物理的弦理論の位相的ツイストにある。具体的には：
この双対性はミラー対称性を通じて結ばれ、Kontsevichのホモロジー的鏡面対称性予想へと発展する。
特にBモデルの計算がDerived Categoryの言語で再定式化される様は、数学と物理の融合の典型例だ。
より厳密には、位相的弦理論はトポロジカル共形場理論(TCFT)として定式化される。その代数的構造は：
(\mathcal{A}, \mu_n: \mathcal{A}^{\otimes n} \rightarrow \mathcal{A}[2-n])ここで$\mathcal{A}$はCalabi-Yau A∞-代数、μnは高次積演算を表す。この定式化はCostelloの仕事により、非コンパクトなD-ブランの存在下でも厳密な数学的基盤を得た。
物理的M理論が11次元超重力理論のUV完備化であるように、位相的M理論は位相的弦理論を高次元から統制する。
その鍵概念が位相的膜(topological membrane)、M2ブレーンの位相的版だ。
Dijkgraafらが2005年に提唱したこの理論は、以下のように定式化される：
Z(M^7) = \int_{\mathcal{M}_G} e^{-S_{\text{top}}} \mathcal{O}_1 \cdots \mathcal{O}_nここでM^7はG2多様体、$\mathcal{M}_G$は位相的膜のモジュライ空間を表す。
この理論が3次元TQFTと5次元ゲージ理論を統合する様は、まさに「高次元的統一」の理念を体現している。
最近の進展では、位相的M理論がZ理論として再解釈され、AdS/CFT対応の位相的版が構築されている。
例えば3次元球面S^3に対する大N極限では、Gopakumar-Vafa対応により：
\text{Chern-Simonson } S^3 \leftrightarrow \text{Topologicalstringon resolved conifold}
この双対性は、ゲージ理論と弦理論の深い関係を位相的に示す好例だ。
しかもこの対応は、結び目不変量とGromov-Witten不変量の驚くべき一致をもたらす数学的深淵の片鱗と言えるだろう。
これら3つの理論を統一的に理解する鍵は、高次圏論的量子化にある。
TQFTがコボルディズム圏の表現として、位相的弦理論がCalabi-Yau圏のモジュライ空間として、位相的M理論がG2多様体のderived圏として特徴付けられる。
特に注目すべきは、Batalin-Vilkovisky形式体系がこれらの理論に共通して現れる点だ。そのマスター方程式：
(S,S) + \Delta S = 0
は、量子異常のない理論を特徴づけ、高次元トポロジカル理論の整合性を保証する。
最新の研究では、位相的M理論と6次元(2,0)超共形場理論の関係、あるいはTQFTの2次元層化構造などが注目されている。
例えばWilliamson-Wangモデルは4次元TQFTを格子模型で実現し、トポロジカル量子計算への応用が期待される。
これらの発展は、純粋数学（特に導来代数幾何やホモトピー型理論）との相互作用を通じて加速している。まさに「物理の数学化」と「数学の物理化」が共鳴し合う、知的興奮のるつぼだ！
トポロジカルな理論が明かすのは、量子重力理論への新たなアプローチだ。通常の時空概念を超え、情報を位相構造にエンコードするこれらの理論は、量子もつれと時空創発を結ぶ鍵となる。
最後に、Vafaの言葉を借りよう：「トポロジカルな視点は、量子重力のパズルを解く暗号表のようなものだ」。この暗号解読に挑む数学者と物理学者の協奏曲、それが21世紀の理論物理学の真髄と言えるだろう。
...って感じでどうだい？ これでもかってくらい専門用語を詰め込んだぜ！
エドワード・ウィッテンは、幾何学的なラングランズ・プログラムの一部とアイデアとの関係について「電気・磁気の二重性と幾何学的なラングランズ・プログラム」を執筆した。
ラングランズプログラムに関する背景: 1967 年、ロバートラングランズは、当時同研究所の教授だったアンドレヴェイユに17ページの手書きの手紙を書き、その中で大統一理論を提案した。それは、数論、代数幾何学、保型形式の理論における一見無関係な概念を関連付ける。読みやすくするためにヴェイユの要望で作成されたこの手紙のタイプされたコピーは、1960年代後半から 1970年代にかけて数学者の間で広く流通し、数学者たちは 40 年以上にわたり、ラングランズプログラムとして総称されるその予想に取り組んできた。
弦理論やゲージ理論の双対性の背景を持つ物理学者は、カプースチンとの幾何学的ラングランズに関する論文を理解できるが、ほとんどの物理学者にとって、このトピックは詳細すぎて興味をそそるものではない。
一方で、数学者にとっては興味深いテーマだが、場の量子論や弦理論の背景には馴染みのない部分が多すぎるため、理解するのは困難（厳密に定式化するのは困難）。
短期的にどのような進歩があれば、数学者にとって幾何学的なラングランズのゲージ理論解釈が利用できるようになるのかを見極めるのは、実際には非常に難しい。
ゲージ理論とホバノフホモロジーが数学者によって認識され評価されるのを見られるだろうか。
弦理論の研究者として取り組んでいる物理理論が数論として興味深いものであることを示す多くのことがわかっている。
ここ数年、4次元の超対称ゲージ理論とその親戚である 6次元に取り組んでいる物理学者は、臨界レベルでの共形場理論の役割に関わるいくつかの発見を行っているため、この点を解決する時期が来たのかもしれない。
過去20年間、数学と物理学の相互作用は非常に豊かであり続けただけでなく、その多様性が発展したが、私は恥ずかしいことにほとんど理解できていない。
これは今後も続くだろう、それが続く理由は場の量子論と弦理論がどういうわけか豊かな数学的秘密を持っているからだ。
これらの秘密の一部が表面化すると、物理学者にとってはしばしば驚きとなることがよくある。
なぜなら、超弦理論を物理学として正しく理解していないから。つまり、その背後にある核となる考え方を理解していない。
数学者は場の量子論を完全に理解することができていないため、そこから得られる事柄は驚くべきものである。
したがって、生み出される物理学と数学のアイデアは長い間驚くべきものになるだろう。
1990年代に、さまざまな弦理論が非摂動双対性によって統合されており、弦理論はある意味で本質的に量子力学的なものであることが明らかになり、より広い視野を得ることができた。
激レアさんにてモテたくて猛勉強して東大に入ったがモテなくて通学しながらホストになった話をやっていた。
この手のテレビの企画で定番なのが、いかにも頭のいいことやらせてスタッフには全然理解してない合いの手を入れさせることだが、今回は複素関数の積分で、東大生が定理の適用の仕方を語ってるところにスタッフが「なるほど…」と理解してなさそうなトーンで言っていた。
しかし東京大学の学生にしては簡単なことやってるなーと違和感があった。
計算用紙も見たがもろ
https://eman-physics.net/math/imaginary11.html
のあたり扱ってる内容で、このサイトを複素関数論から読み始めれば理系マーチに入れる学力なら複素平面終えたての高校生でも数日で計算できるようになる内容だろう。
なんだろう、むしろスタッフがわからないふりをしてるというよりも、むしろスタッフ側が複素関数の積分ぐらい知っててこれ東大生に言わせたらいかにもって感じじゃねって考えてて、むしろスタッフの方から東大生に何を言わせるか提案してると考えた方が自然に思えた。東大生におまかせしちゃうとそれこそゲージ理論と多様体の話とか難しさに際限がなくなっちゃうから…ってそれでも問題なく思えるんだど、とにかく東大生が勉強してると言ってる内容にしては簡単すぎて不自然に感じたのだ。
俺がすごいと思ったのは仕事中に他のホストが今どれぐらい売り上げてるか頭の中で計算して記憶してるって話。自分のワーキングメモリじゃ不可能だわ…
これが酒の肴になるのは普通では無いと思うけど。。。(それともこれがはてな層の平均？？？)
ま、程度が低いと言う皮肉で
自分はこんなことまでしてますよアピールしてるんだと思うけど、
モデルを簡易化すれば個人laptopでもシミュレーション出来るようなのあるんじゃん？
それこそ、物理の実際使ってるシミュレーションとかでも、ほとんどが無償で公開されてるから
誰でも使えますよ。
実験装置を組み立てて、粒子飛ばして反応見る、なんてことも全て無償で出来ます。
先のページが酒の肴になるくらいならそういうのをやってみたらどうでしょうかね？
って、流体とかのが実際はよく分かってない部分があるし、それをある程度モデル化したものなんだから、
結局同じことなんですけどね。