過去数十年の間に、科学者は、宇宙には目に会うよりもはるかに多くのものが存在することを発見しました：宇宙は1つだけでなく、2つの目に見えない構成要素、つまり暗黒物質と暗黒エネルギーで満たされているようです。通常の物質とエネルギーに対する重力の影響のみに基づいています。
現在、理論物理学者のロバートJ.シェラーは、暗黒物質と暗黒エネルギーを1つの未知の力の2つの側面として説明することで、謎を半分に削減できるモデルを考え出しました。彼のモデルは、6月30日にフィジカルレビューレターによってオンラインで公開され、http：//arxiv.org/abs/astro-ph/0402316からオンラインで入手できる「Purely Kinetic k Essence as Unified Dark Matter」というタイトルの論文で説明されています。
ヴァンダービルト大学の物理学教授であるシェラー氏は、「これを考える1つの方法は、宇宙が普通の物質に圧力を加え、宇宙の膨張方法を変える目に見えない流体で満たされていることです」と述べています。
シェラーによれば、彼のモデルは非常にシンプルで、暗黒物質と暗黒エネルギーを統一する以前の取り組みを特徴づけてきた主要な問題を回避しています。
1970年代、天体物理学者は銀河の運動を説明するために、暗黒物質と呼ばれる目に見えない粒子の存在を仮定しました。これらの観察に基づいて、彼らは宇宙に通常の物質の約10倍の暗黒物質が存在しているに違いないと推定している。暗黒物質の1つの考えられる説明は、光を放出せず、通常の物質とほとんど相互作用しない新しいタイプの粒子（弱相互作用粒子）で構成されていることです。多くの実験がこれらの粒子の証拠を探しています。
それだけでは不十分であるかのように、1990年代に暗黒エネルギーが発生し、宇宙を引き裂くように見える反発力が発生しました。科学者たちはダークエネルギーを利用して、宇宙が膨張している速度は、ほとんどの宇宙学者が考えていたほど遅くはないが、代わりに加速しているという驚きの発見を説明しました。最新の推定によると、ダークエネルギーは宇宙の75％を占め、ダークマターはさらに23％を占め、通常のマターとエネルギーはわずか2％の少数の役割しか残していません。
シェラーの統一アイデアは、スカラー場と呼ばれる明確に定義された複雑な特性を持つエキゾチックなエネルギーの形です。この文脈では、フィールドはエネルギーと圧力を所有する物理量であり、空間全体に広がります。宇宙学者は最初にスカラー場を呼び出して宇宙のインフレを説明しました。これはビッグバンの直後、宇宙が超膨張のエピソードを経験しているように見え、1秒未満で数十億回も何十億回も膨張したようです。
具体的には、シェラーはモデルでkエッセンスと呼ばれる第2世代のスカラーフィールドを使用しています。 Kエッセンスフィールドは、ダークエネルギーの説明としてプリンストン大学のPaul Steinhardtや他の人たちによって進められてきましたが、1つの単純なタイプのkエッセンスフィールドでもダークマターに起因する効果を生み出すことができると最初に指摘したのはシェラーです。
科学者は、異なる振る舞いをしているように見えるため、暗黒物質と暗黒エネルギーを区別します。暗黒物質は質量があり、巨大な塊を形成しているようです。実際、宇宙学者は、これらの塊の重力が、普通の物質が銀河を形成するのに重要な役割を果たしたと計算しています。対照的に、ダークエネルギーは質量がないように見え、宇宙全体に均一に広がります。そこでは、一種の反重力、つまり宇宙を押しのける反発力として作用します。
Kエッセンスフィールドは、時間の経過とともにその動作を変更できます。非常に単純なタイプのkエッセンスフィールドを調査したところ、ポテンシャルエネルギーが一定であるシェラーは、フィールドが進化するにつれて、不可視粒子の効果を凝集および模倣できるフェーズを通過することを発見しました。それは空間全体に均一に広がり、暗黒エネルギーの特徴を帯びます。
「モデルは自然に進化して、しばらくは暗黒物質のように見え、その後は暗黒エネルギーのように見えます」とシェラー氏は語ります。 「これに気づいたとき、「これは説得力があります。それで何ができるか見てみましょう」と思いました。」
彼がモデルをより詳細に検討したとき、シェラーは暗黒物質と暗黒エネルギーを統合しようとする以前の理論を悩ませてきた問題の多くを回避していることを発見しました。
暗黒エネルギーの最も初期のモデルは、宇宙定数と呼ばれる項を含むように一般相対性理論を修正することによって作成されました。これは、静的宇宙を形成するために重力の力のバランスをとるためにアインシュタインが元々含んでいた用語でした。しかし、その日の天文観測がそれが必要でないとわかったとき、彼は陽気に定数を落としました。宇宙定数を再導入した最近のモデルは、暗黒エネルギーの影響を再現するのに優れていますが、暗黒物質については説明していません。
チャプリギンガスモデルと呼ばれる暗黒物質と暗黒エネルギーを統合する1つの試みは、1930年代のロシアの物理学者による研究に基づいています。それは初期の暗黒物質のような段階を作り出し、その後暗黒のエネルギーのような進化が続きますが、銀河形成の過程を説明するのに問題があります。
シェラーの定式化は、ハーバード大学のニマアルカーニハメッドと彼の同僚によって今年提案された統一理論といくつかの類似点があります。彼らは、ダークマターとダークエネルギーを、彼らが「不可視で遍在する流体の挙動から生じるものとして説明しようとしています。ゴーストコンデンセート。」
シェラーのモデルには多くの良い特徴がありますが、いくつかの欠点もあります。 1つには、機能させるために極端な「微調整」が必要です。物理学者はまた、モデルの動作が他の観測と一致しているかどうかを判断するために、さらに調査が必要になると警告しています。さらに、それは偶然の問題に答えることができません：なぜ私たちは宇宙の歴史の中で、暗黒物質と暗黒エネルギーについて計算された密度が比較可能なときにだけ生きるのですか？科学者たちはこれが現在の時代に何か特別なものがあることを示唆しているのでこれに疑いを持っています。
元のソース：ヴァンダービルト大学のニュースリリース
