ダークエネルギーとダークマター

質問

ダークエネルギー７３％、ダークマター２３％、バリオン（一般の物質）４％、宇宙年齢は１３７億歳と判明し、宇宙は永遠に膨張するようですが。

１．ダークエネルギーの正体は、何だとお考えでしょうか？一説にはかつてアインシュタインが撤回した「宇宙定数」とか「真空のエネルギー」と言われていますが、具体的にはなんでしょうか？

２．ダークマターの正体は何でしょうか？ニュートリノは軽くて候補から外れたようですね？最近ダークマターが発見されたとか？どうもよく分かりません。

３．永遠の宇宙膨張は、今後否定されることはありますか？

回答No.3

0123456789A · ベストアンサー

全て説明するのは文字数の関係上不可能なので、取っ掛かりだけ。
あとは気になれば自分で勉強してください。

>具体的に矛盾する結果とは、なんでしょうか？
ダークエネルギーは(に限らず全てのエネルギーに対して)その性質を状態方程式ｗ(すなわち圧力/密度)でパラメトライズできます。
真空のエネルギーの場合w=-1(これの意味を考えると面白い)となりますが、宇宙マイクロ波背景放射、超新星爆発、弱重力レンズ、銀河分布、などの宇宙論的観測事実はw=-1とは若干ずれた値を示唆しています。

>スカラー場とは何ですか？調べたのですが良く分かりませんでした。まだ実際には発見されていないのでは？
何でもいいです。スカラー量を持つものの場です。
この辺の話はあくまで数学的な記述であることを覚えておいて下さい。仰る通り、このような反重力的な作用をする”実際のスカラー場”というものが何なのかはわかっていません。

>重力法則の変更とは、どういう意味でしょう。
逆二乗則の破綻のことです。

>非常に質量の大きい天体とは、例えばどういう天体ですか？
MACHOという天体があります。これは直接観測されたわけではなく、背景にある天体のマイクロレンズ効果により質量源がそこにあることがわかったのです。
中心にはブラックホールがあるのではないかといわれています。

>アインシュタイン方程式と宇宙原理は、宇宙進化の源泉なのですか？宇宙膨張が進化に関連してると感じますが。また宇宙膨張はエントロピー増大の法則と矛盾はしませんか？進化＝複雑化＝階層化と考えていいでしょうか？

一言で進化と言ってしまいましたが、ここでは３の質問に答える意味で、(時空としての)宇宙そのものの進化という意味です。
”源泉”の意味がわかりませんが、宇宙膨張という物理をアインシュタイン方程式と宇宙原理という数学により記述しているのです。
また、第ゼロ近似では共動座標系(宇宙膨張とともに伸びる物差しと思えばよい)においてエントロピーは保存しています。
第ゼロ近似以上の複雑な物理過程を考えれば当然エントロピーは増大していると言えるでしょう。

お礼

>状態方程式ｗ(すなわち圧力/密度)でパラメトライズできます。
真空のエネルギーの場合w=-1(これの意味を考えると面白い)となりますが、宇宙マイクロ波背景放射、超新星爆発、弱重力レンズ、銀河分布、などの宇宙論的観測事実はw=-1とは若干ずれた値を示唆しています。

状態方程式が宇宙項では、p=-ρc^2かどうかは分かっていない。(ローが表示できないようです)
加速する条件はp<-ρc^2/3だと、
「アインシュタインと21世紀の物理学」日本物理学会編　日本評論社に書かれていました。

また、「宇宙を見る新しい目」同学会編
の「超新星で測る宇宙膨張とダークエネルギー」で、
「さまざまな観測事実が「宇宙項モデル」あるいは「ダークエネルギー・モデル」を支持している」と、
「また我々の適用している物理法則のどこかが、実際からわずかにずれている、という考え方もある」

この後者の考え方が、最近は主流を占めてきたのでしょうか？

>仰る通り、このような反重力的な作用をする”実際のスカラー場”というものが何なのかはわかっていません。

リッチ・テンソル。ガウス曲率の２倍に等しい程度しか分かりませんでした。

>逆二乗則の破綻のことです。

非常に近い距離の場合、逆３乗則が働くのではないかというのを「日経サイエンス」の記事で読んだ事がありますが、それが宇宙論とどう関わるのでしょうか？

>MACHOという天体があります。これは直接観測されたわけではなく、背景にある天体のマイクロレンズ効果により質量源がそこにあることがわかったのです。
中心にはブラックホールがあるのではないかといわれています。

かつて言われたグレートアトラクターなどのようなものの背景にですか？
宇宙はブラックホールだらけなんでしょうか？

ダークマターの正体として今一番有力なのは、冷た
い暗黒物質の「ニュートラリーノ」だともいわれているようですが、これは具体的にはどのようなものでしょう？

補足

>宇宙膨張という物理をアインシュタイン方程式と宇宙原理という数学により記述しているのです。

宇宙膨張は直接的には、フリードマン宇宙とハッブルの法則ですよね。

＞第ゼロ近似以上の複雑な物理過程を考えれば当然エントロピーは増大していると言えるでしょう。

宇宙はダーウィンの進化論的に複雑化しているというスモーリンやカウフマンの説は、どう思われますか？

＊質問項目が長すぎました。いくつかに分けて回答いただけると助かります。

回答No.5

0123456789A

すいません、二重で間違ってました。
式を見誤ってp＞ρｃ^2/3は　p>-1/3 (ρc^2)ですね。
それであってます。
なので、ｗ<-1/3が加速膨張の条件になります。

因みにこの条件はフリードマン方程式のエネルギー保存の式より導出することができます。

お礼

>式を見誤ってp>ρｃ^2/3は　p>-1/3 (ρc^2)ですね
。それであってます。
なので、ｗ<-1/3が加速膨張の条件になります。

加速膨張は数十億年前から転じたんですよね。
この理由は分かっているのでしょうか？
第二のインフレーションとも、言われているものですね。
膨張すればするほど、ダークエネルギーが有利になり、今後さらに加速が進むのでしょうか？
第三、第四のインフレーションもあるのでしょうか？

補足

加速膨張は、なぜ数十億年前から転じたのか？
これも大いに疑問なのですが、
どなたからも回答がないようです。

回答No.4

0123456789A

非常にお詳しいですね。
一部専門外の事項もありますので、その項目については責任を持てないので発言は控えたいと思います。

＞宇宙膨張は直接的には、フリードマン宇宙とハッブルの法則ですよね。

フリードマン方程式で膨張宇宙が記述できます。言葉の問題ですが、フリードマン宇宙というのは
宇宙定数がない場合(曲率≠０)の宇宙モデルのことを指します。
ハッブルの法則は遠くの銀河ほど後退速度が大きいという観測事実を説明するもので
膨張宇宙を直接記述するものではありません。(必要条件ではあるが十分条件ではないというノリですね)

＞状態方程式が宇宙項では、p=-ρc^2かどうかは分かっていない。(ローが表示できないようです)
加速する条件はp<-ρc^2/3だと、
「アインシュタインと21世紀の物理学」日本物理学会編　日本評論社に書かれていました。

その式はちょっとおかしいですねぇ
p/(ρc^2)＜-2/3の間違いではないですか？

>「さまざまな観測事実が「宇宙項モデル」あるいは「ダークエネルギー・モデル」を支持している」と、
「また我々の適用している物理法則のどこかが、実際からわずかにずれている、という考え方もある」

>この後者の考え方が、最近は主流を占めてきたのでしょうか？

むしろ前者が主流です。

>非常に近い距離の場合、逆３乗則が働くのではないかというのを「日経サイエンス」の記事で読んだ事がありますが、それが宇宙論とどう関わるのでしょうか？

ブレーンワールドのことでしょうか。
私も詳しくありませんが、この宇宙は３次元空間＋１ですが、それプラス余剰次元というのがあるという理論です。
そのような理論では近距離では0.1mm程度以下では重力が逆３乗則になるというものです。
これはそういう宇宙(物理法則の世界)の可能性を示唆したものであって、そうでなければならない自然な理由はありません。

>かつて言われたグレートアトラクターなどのようなものの背景にですか？

私には場所まではわかりません。

＞宇宙はブラックホールだらけなんでしょうか？

定量的なことはわかっていません。

＞ダークマターの正体として今一番有力なのは、冷た
い暗黒物質の「ニュートラリーノ」だともいわれているようですが、これは具体的にはどのようなものでしょう？

自分自身が反粒子となっている超対称性粒子と呼ばれるもので、
現在ニュートラリーノ対消滅時に放出されるスペクトルの観測も考えられています。

お礼

はい、フリードマン方程式でした。

＞宇宙マイクロ波背景放射、超新星爆発、弱重力レンズ、銀河分布、などの宇宙論的観測事実はw=-1とは若干ずれた値を示唆しています。

とあったので、
「また我々の適用している物理法則のどこかが、実際からわずかにずれている、という考え方もある」
のことかと思ったのですが、違うんですね。

ブレーンワールドやカシミヤ効果は
直接宇宙論とは関係ないということですね。

＞逆二乗則の破綻のことです。

とあったので、逆３乗則の例を出したのですが、
宇宙論で逆二乗則の破綻とは何ですか？
宇宙膨張の初期の頃の話でしょうか？

＞自分自身が反粒子となっている超対称性粒子と呼ばれるもので、現在ニュートラリーノ対消滅時に放出されるスペクトルの観測も考えられています。

ニュートラリーノもまだ理論だけの段階で、まったく発見されていないんですよね。

補足

＞逆二乗則の破綻のことです。

これはぜひお聞きしたかったんですが、
返信がないようですので、そろそろ締め切ります。

回答No.2

0123456789A

１、これは正直に現在の科学ではわかりません。有力候補は仰る通り真空のエネルギーか？と言われていますが
これに矛盾する観測結果も最近では出てきています。
宇宙定数というのは現在の宇宙を数式で記述した場合に数式内に現れるもので物理的実態ではありません。
他の候補としてNo1さんは別宇宙からの重力と仰っていますが、これは結構マイナー派ですね。
(必ずしもマイナー＝間違いではないですよ)
インフレーションを起こしたスカラー場によるものという説もありますし、
ダークエネルギーの存在理由はそもそも観測結果がそうであるからということに過ぎませんので、
重力法則の変更により(ダークエネルギーなしで)加速膨張を説明しようとする説もあります。

２、素粒子論的な立場からはWIMP(弱い相互作用をする粒子：これは必ずしも４つの力のうちの弱い相互作用を指すものではない)や
自分自身が反粒子となる超対称性粒子などが考えられています。
天文的立場からは、MACHO(非常に質量の大きい天体)やブラックホールなどが有力候補です。

３、まずないと思って良いでしょう。ダークマターやダークエネルギーの正体すらわからないものの
その存在量は非常に精度良く観測から決定されています。
過去の宇宙進化の様子をたどればアインシュタイン方程式、宇宙原理が誤っているとは考えにくいので
これからの宇宙もこれらの理論に則って進化していくものと思われます。

お礼

＞有力候補は仰る通り真空のエネルギーか？と言われていますが、これに矛盾する観測結果も最近では出てきています。

具体的に矛盾する結果とは、なんでしょうか？

＞インフレーションを起こしたスカラー場によるものという説もありますし、

スカラー場とは何ですか？調べたのですが良く分かりませんでした。まだ実際には発見されていないのでは？

＞重力法則の変更により(ダークエネルギーなしで)加速膨張を説明しようとする説もあります。

重力法則の変更とは、どういう意味でしょう。

＞天文的立場からは、MACHO(非常に質量の大きい天体)

非常に質量の大きい天体とは、例えばどういう天体ですか？

>過去の宇宙進化の様子をたどればアインシュタイン方程式、宇宙原理が誤っているとは考えにくいので
これからの宇宙もこれらの理論に則って進化していくものと思われます。

アインシュタイン方程式と宇宙原理は、宇宙進化の源泉なのですか？宇宙膨張が進化に関連してると感じますが。また宇宙膨張はエントロピー増大の法則と矛盾はしませんか？進化＝複雑化＝階層化と考えていいでしょうか？

回答No.1

totoroda

どなたも書き込み無いようですので。

１．ダークエネルギーは宇宙定数（宇宙項、定数ではないかもしれない）とか、
真空のエネルギーと言われていますね。斥力、重力に対する反発力でしょう。我々の宇宙が膜宇宙の一つなら、膜宇宙と膜宇宙の接近で重力が強く働くかもしれない。それが我々の宇宙の膨張原因かも知れないですね。
２１世紀、宇宙論最大の謎とも言われていますよね。
量子重力理論が完成されれば、解決するのではないでしょうか？

２．ダークマターは最近発見されたとか。
以下をご覧ください。
http://www.astroarts.co.jp/news/2006/08/29dark_matter/index-j.shtml

３．宇宙膨張は、ダークエネルギーが７０％以上あるからと言われていますね。これを覆す観測成果は今のところないし、むしろ「加速膨張」が観測されている。
膜宇宙の「ブレーン宇宙論」の解釈だと、宇宙同士の接近いかんによっては収縮もあるかもしれませんが、ブレーン宇宙論自体がまだ未完成なので、否定されるにしてもまだ先のことでしょうね。

お礼

お礼の返信が遅くなりました。
１．＞膜宇宙と膜宇宙の接近で重力が強く働くかもしれない。それが我々の宇宙の膨張原因かも知れないですね。

別の宇宙からの重力が原因で膨張していると？
だとすると、我々の宇宙も別宇宙に影響を与えていることになりますね。別宇宙同士の接近や離散も重力が原因ですか？だとすると、斥力は必要なさそうですが？

２．
http://www.astroarts.co.jp/news/2006/08/29dark_matter/index-j.shtml

読みましたが、良く分かりません。結局さまざまな原因を考えて、消去法でいくとダークマターしか考えられないということでしょうか？

３．＞宇宙膨張は、ダークエネルギーが７０％以上あるからと言われていますね。これを覆す観測成果は今のところないし、むしろ「加速膨張」が観測されている。

加速膨張は数十億年前からのようですよね。何が原因でしょう？それ以前は減速膨張だったとか。やはり別宇宙の接近により、重力で加速されたんでしょうか？
そもそも、別宇宙がみつかるんでしょうかね？
リサ・ランドールなどが言っている、第５次元の世界なら、我々は認識できないのではないですか？