【物理／宇宙】ダークエネルギーを検証する方法を発見――スカラー場ダークエネルギーは妥当であるか否か？

【物理／宇宙】ダークエネルギーを検証する方法を発見
＜要旨＞
　ダークエネルギーの候補としてスカラー場を考え、このようなスカラー場が存在した場合の宇宙の
シナリオが2種類考えられた。これからの超新星観測によってどちらのシナリオがより妥当であるの
か、また、このシナリオ自体が妥当であるのかを検証することが出来る。これらのスカラー場による
ダークエネルギーではアインシュタインの宇宙項の存在は否定される。ローレンスバークレー国立研
究所のEric Linder氏、並びにダートマス大のRobert Caldwell氏による。

ソース全訳は>>2以降

physorg.comより引用
http://www.physorg.com/news6095.html
元論文はこちら
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505494

＜ソース全訳＞
　宇宙の膨張を加速している謎のダークエネルギーとは何なのか？それはアインシュタインの有名な
宇宙項のような形のものなのか？それとも銀河の4分の3を形作っているだろう第5の力とされる未知の
反発力なのだろうか？ローレンスバークレー国立研究所（バークレー研）とダートマス大学の科学者
はそれを見つけ出す方法が存在すると考えている。

画像：超新星／膨張加速探査衛星SNAPで、これは遠方の超新星の発見ならびに精密観測を行ってダー
　 　 クエネルギーについての研究を行う。

　Physical Review Lettersに掲載される論文によると、バークレー研の物理学者Eric Linder氏と、
ダートマス大のRobert Caldwell氏はダークエネルギーの物理モデルを、区別の出来るいくつかのシナ
リオに分けることが出来ることを示した。それはアインシュタインの宇宙項を排除し、ダークエネル
ギーの特性を説明する。加えて、NASAとアメリカエネルギー省が提案してきた共同（ジョイント）ダ
ークエネルギーミッション(JDEM)で計画されている実験を通して、どのシナリオが正しいのかを科学
者は決定することができる。

「科学者は『ダークエネルギーが何であるかを知るためにはその測定にどれほどの精密さが必要なの
か』という疑問について議論をしてきました」Linder氏は語る。「我々が論文で行ったことは、その
精密さの限界を示すことです。幸運なことに、この限界はJDEM実験の範囲内のものでした。」

Linder氏とCaldwell氏は共にエネルギー省-NASAのJDEMにおける科学解明チームのメンバーであり、
ミッションの科学的な要求を作成する責任を負っている。Linder氏はJDEMミッションを実行する有望
な手段の1つであるSNAP（the SuperNova/Acceleration Probe：超新星／膨張加速探査衛星）の理論グ
ループのリーダーである。ダートマス大の物理学ならびに天文学の教授であるCaldwell氏は、中心コ
ンセプトを方向付けた1人である。

　Physical Review Lettersでの論文の中で、Linder氏とCaldwell氏は2つのシナリオを示した。1つは
「解凍」、もう1つは「凍結」と呼ばれ、それらは膨張し続ける我々の宇宙をまったく異なる結末へと
向けるものである。解凍シナリオのもとでは、膨張の加速は緩やかに減少し、最終的には止まってし
まう。これは運転手がアクセルペダルを離していったときの車に似ている。加速はよりゆっくりと続
くか、または宇宙が崩壊する可能性もある。凍結シナリオのもとでは、加速は際限なく続いてゆく。
これは運転手がアクセルペダルを踏み込む時の車に似ている。宇宙はますます広がり、最終的には我
々の銀河系は宇宙の中で一人ぼっちになってしまうだろう。

　2つのシナリオのどちらも、アインシュタインの宇宙項は認めない。論文の中でLinder氏とCaldwell
氏が初めて示したのは、アインシュタインの考えを他の可能性からいかに綺麗に分離するかだった。
しかし、どのようなシナリオのもとでも、ダークエネルギーは考慮に入れるべき力である。

画像：今日の宇宙は重力と逆の作用をするダークエネルギーによって加速的に膨張している。初期の
　 　 宇宙では物質同士が近い距離にあり、重力が加速を緩めていた。

　Linder氏は言う。「ダークエネルギーが宇宙の中身の約70％を形作っており、これは物質量に対し
て優位である。これが意味するのは、ダークエネルギーが膨張を支配しており、究極的には宇宙の運
命を決定するということだ。」

　1998年、2つの研究グループが独立に宇宙の膨張が加速していることを報告し、宇宙論の分野に衝撃
を与えた。Ia型の、深宇宙の星の固有のエネルギーを持った爆発である超新星からの光の赤方偏移を
測定することでバークレー研主導の超新星宇宙論プロジェクトチームと、オーストラリアに本拠を置
く高赤方偏移超新星捜索チームが宇宙の膨張が実際に減速ではなく加速していることを明らかにした。
この加速膨張の背後にある未知の力は「ダークエネルギー」と名づけられた。

　ダークエネルギーの発見以前には、それまでの科学的知見からビッグバンが宇宙の膨張をもたらし、
それは重力により緩やかに減速すると考えられていた。もし宇宙の物質量が十分な重力を作り出せば、
いつの日か膨張は完全に停止し宇宙はビッグクランチへと落ち込んでいくだろう。またもし物質が作
り出す重力が膨張の完全な停止に十分でなければ、宇宙は永遠に広がり続けていくことだろう。

スカラー波

「1998年の報告とそれに続く測定から、我々は現在宇宙の加速膨張が100億年以前に起きたというこ
とを知っている」とCaldwell氏は言う。

　宇宙論は現在ダークエネルギーが何であるかを正確に決定することを急いでいる。1917年にアイン
シュタインは彼の一般相対性理論を修正し、宇宙項を加えた。その値が正しければ、宇宙が完全に平
衡な、定常状態を保って存在することが出来る。歴史上最も有名な物理学者が後日この定数を付け加
えたことを彼の「最大の間違い」と呼んだにも関わらず、ダークエネルギーの発見はこの考えを復活
させた。

画像：ダークエネルギーは未知の反発力であり、それは宇宙の4分の3にもなる可能性がある。可能性
　　　は宇宙項にも動的な第5の力にもあり、それらはどちらも宇宙のすべての場所に広がるばねの
　　　場のようなスカラー場として表される。宇宙項では（左図）それぞれのばねは同じ長さで動か
　　　ないものである。第5の力では（右図）それぞれのばねは異なる長さに伸びている。

「宇宙項とは真空エネルギー（空の空間のエネルギー）であって、重力が宇宙自体を引き込まないよ
うにしていた。Linder氏は言う。「宇宙項の問題点は、それが常に同じエネルギー密度であり、同じ
圧力であり、同じ状態方程式であるような定数であるということだ。しかしながらダークエネルギー
は、宇宙の最初の段階では無視できるものでなくてはならない。そうでなければ、銀河やその他の星
が形作られなかっただろうからだ。」

　我々が今日見ることの出来る宇宙を作り出すようなアインシュタインの宇宙項は、そのエネルギー
スケールが宇宙のどんなものよりも桁外れに小さい大きさでなくてはならない。Linder氏が言うには、
これは可能ではあるが、ありそうにない。古代ギリシャで月や星があるべき場所にあるようにする力
と信じられた4つの元素（空気、火、土、水）にならってつけられた、第5の力の概念を導入しよう。

「第5の力は動的で、時間発展し、空間に依存したエネルギーの形態であり、膨張を加速するのに十分
な負圧をもたらすものだ。」Caldwell氏は言う。「宇宙項が真空のエネルギーという特定のエネルギ
ー形態をとっていたのに対して、第5の力は多くの種類の可能性を含んでいる。」

　第5の力の可能性を制限し、ダークエネルギーの源としての可能性を検証する基礎実験の確実なター
ゲットを知るために、Linder氏とCaldwell氏はモデルとしてスカラー場を用いた。スカラー場は宇宙
のすべての点で値を持つけれど方向は持っていない。この方法では、著者らはそのポテンシャルエネ
ルギーを最小へと緩和するようなスカラー場として第5の力を示した。正の圧力である重力に逆らう力
として負圧を掛けるような力の掛かったばねの組を考えると良い。

「第5の力であるスカラー場は空間のすべての点を覆うばねの場のようなもので、それぞれのばねは
色々な長さに伸びている。」Linder氏は言う。「アインシュタインの宇宙項では、それぞれのばねは
同じ長さで動かないものだ。」

　彼らのいう解凍シナリオのもとでは、第5の力の場のポテンシャルエネルギーは膨張宇宙の物質密度
が減少してそれが徐々に解放されるまでは凍結した状態にある。凍結シナリオにおいては第5の力の場
は宇宙がインフレーションを経験したためにそのポテンシャルが最小まで落ち込んでいるが、それが
宇宙を支配するようになるにつれて、徐々に定数値に近づいていく。

　SNAP計画はバークレー研の物理学者、天文学者、技術者とカリフォルニア大バークレー校その他多
くの研究所からの共同研究者による研究開発の途上である。この計画では毎年数千のIa型超新星を観
測するために3鏡の2メートル反射望遠鏡が要求されている。これらの測定は解凍シナリオと凍結シナ
リオのどちらであるのかをはっきりと示す情報が得られるか、もしくは全く新しい未知の何かを示す
情報が得られるものと思われている。

Linder氏曰く、「もしSNAPによて行われるような種類の観測による結論が解凍・凍結のシナリオの外
にあったならば、我々は第5の力の先を考える必要があるかもしれず、またもしかしたらアインシュタ
インの一般相対性理論をダークエネルギーの説明がつくように修正するなど、さらに変わった種類の
物理を考える必要があるかもしれない。」

「第5の力の限界」著R.R. Caldwell ／ Eric V. Linder は
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505494
で見ることが出来、また次のPhysical Review Lettersでも見ることが出来る。

なが

>>3
来ると思いました。

◎←禁止です。◎←したい人は一般ニュ速で依頼でもしてください。科学ニュですから。

白装束集団見なくなった件について

このはなし妹が夏休みの自由研究でやってたやつだ。

・cosmological constant は「宇宙項」ではなく「宇宙定数」と訳すのが普通
・quintessence を第5の「力」と訳すのは変。
　日本語でも最近はそのまま「クインテセンス」と呼んでいる

宇宙やべえ

>>8
マ、ママママジカ。
お前の妹やべえ。

どうせ宇宙項は無理やり静止宇宙を作るために作り出したものだし。
アインシュタインも無くなってもなにも困ることは無いだろう。

>>9
ご指摘ありがとうございます。頭に入れておきます。

>>9
そんなことはない。
宇宙項は確かに古典的な翻訳だが十分意味は通じる。
クインテッセンスも、ここでの意図としては
引力、電磁力、強い力、弱い力に続く第５の基本的力の意であるから
別に第５の「力」と訳しても構わないだろう。

気にすんな>>1

私はダークエネルギーはおそらく重力子だと考えている、
重力子が重量から放射されて近づいてくるときは引力として働き
遠ざかるときには反力になり引きずられる、当然の事のように思われるが？

スカラーと唱えると、トンデモ集団を召喚できるぞ。使用には注意すべし。

禁止だと書いてるの読めるか？おい低能よ。

>>15
反力はいいけど、連星系で重力放射があったとしてもそれは３６０度均一に放射されるから
宇宙の中心に対してのみ作用するというのはつじつまがあわないよ。

>>6
◎って何？

>>19
>>3,6,16,17

熱力学第二法則で、自然界では常にエントロピーが増大する方向に向かうというけど、
宇宙空間にあるガス雲が集まって恒星が誕生するとするなら、エントロピーは減少してるはずでは？
ビックバン時には超高温、超高密度だった宇宙が何十億年も経過して、限りなく均一な密度の
宇宙空間にならずに、無数の銀河が誕生しているのは、なぜなんだろうか？
さっぱりわからない・・・

五次元の別の解釈は
正負の宇宙だろうな。
お互いに閉じ込めあっ
て拡散を防いでる。

宇宙の大規模ハニカム構造は
その一つの説明である。

つまり、ダークエネルギーなるものを検証するには超新星が微妙にゆがんで観測されることを
たしかめれば良くて、そのゆがみは現在の観測機の分解能より多分大きいから大丈夫と言うことだな。

>>21
自己重力が効く系では、構造が成長して非平衡に向かう方向が
エントロピー増大の方向だから

全体としてエントロピーが増大していても、局所的に減少することはありうる。星や生命の誕生がそう。

エントロピーの定義における「閉じた系では」の一言を分かってない人が一般人には多い。

一般人ならいいけど大学の先生がわかってなかったりするからorz

どうせ水蒸気をイメージしている程度だろ

これで晩飯のオカズが一品増えるかな｡

>>24
重力と間逆の作用をするものだけど、原理は重力と同じだとすると重力は現状のどの観測機器を使っても観測できない。
多分そろそろ大丈夫みたいなことは普通の重力でも言われてるけどいっこうに結果が出てない。
太陽から地球の距離の間に原子１個分の揺らぎができる程度なものなんだそうな。

あれがわかりやすいよ、象の鼻の喩え話。

>>32
ああ、星になった少年の話だね。
映画化もされたよね。

ダークサイドの力は強力だぞ

>>33
違うよ雑魚。毒のジャガイモを器用に取り除く話だろ

ダークマターぐらいならまだ理解できたが
ダークエネルギーとなるとよーわからん

>>31
はぁ？なんで一般相対論の直接的検証の話になるんですか？

宇宙を見渡せば、すべての自称において相反するものが存在しているのに
引力の反対の斥力がないのはなぜ？

あるけど気づいてないだけじゃない？
重力はとても小さいエネルギーだから、斥力もとても小さい。
椅子が重力を持ってるけどわからないように、庭の石が斥力を持っててもわからない。

＞宇宙を見渡せば、すべての自称において相反するものが存在しているのに
適当なこと言わないで

ふむふむ、ワープは可能ということだな。

ダークエネルギーがあるならなんで俺達は地球の上に立てるの？
よう分からんのでこの点だけ分かりやすく教えてくれ

ダークエネルギーがあるとなぜ地球の上に立てなくなると思うのかが分からん

評議会は教えてくれない。

もうすぐ2万年に一度のダークエネルギー祭りです。

斥力の有無を聞いたのだが・・・
誰か分かる人いないのか？

>>46
ああ、疑問の意味を理解した。

重力の強さは距離の2乗に反比例するが、宇宙定数による斥力は
距離に比例するので、我々の日常スケール程度の近距離では
斥力の効果は全く見えない。

なるほどﾄﾝクス。

スカラー場がでてくるのはオカルト板。
いつからここはオカルト板になったんだ

>>49
は?
はははは、おもしろいね君

ご冗談を、>>49さん。

スカラー波がいかにもトンデモ集団しかだしてこない異常な存在と扱われてみたり
ちょっと前まではスカラー波はまあ科学会でもトンデモ扱いだったわけで。
それがころっと変わってスカラー波は科学的で存在するかもしれないと。
人間って頭の良し悪しに関係なくあほだな。

>>52
ヒント：君子豹変

なんとなく名前だけ付けたスカラー波と一緒にしないでくれ。たのむ。

スカラー波って宇宙からやってくるんだろ？
だったらダークエネルギーとかいろいろ検証できるんじゃね？

52は少し上も読めないトンデモ信者か

場と波とバカと気違いと

>>52
最後の一行だけ同意するぞ、無論お前自身の事だがな。

>>54
どこぞの教授が言ったのと、
電波を受信した奴が言ったのと
どこが違うんだい。

はぁ？

>>1
読み応えある記事どうも。Lindeっつうとこの人か

【宇宙】暗黒エネルギーの不思議な力のおかげで終焉の日の到来遅れる
http://news18.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1099847652/

>>59
検証する方法もしくは反証する方法が存在するのなら、別に何が違うとも言いませんよ。