物理学には根本的な問題があります。
宇宙定数と呼ばれる単一の数は、量子力学の微視的な世界とアインシュタインの一般相対性理論の巨視的な世界をつなぎます。しかし、どちらの理論もその価値に同意することはできません。
実際、この定数の観測値とそれが物理学の歴史の中で最悪の予測と広く考えられていると理論が予測していることの間には、非常に大きな不一致があります。矛盾を解決することは、今世紀の理論物理学の最も重要な目標かもしれません。
スイスのジュネーブ大学の理論物理学の助教授であるルーカスロンブリザーは、アルバートアインシュタインの重力方程式を評価する新しい方法を導入し、観測値と密接に一致する宇宙定数の値を見つけました。彼は彼の方法をジャーナルPhysics Letters Bの10月10日号でオンラインで発表しました。
アインシュタインの最大の失策が暗黒エネルギーになった方法
宇宙論的定数の物語は、アインシュタインが一般相対性理論の枠組みとなった1組の方程式（現在はアインシュタインの場の方程式）を発表してから1世紀以上前に始まりました。方程式は、物質とエネルギーがどのように空間と時間の構造をゆがめて重力を作り出すかを説明します。当時、アインシュタインと天文学者の両方が、宇宙のサイズが固定されていて、銀河間の全体的な空間は変わらないことに同意しました。しかし、アインシュタインが全体として宇宙に一般相対性理論を適用したとき、彼の理論は膨張または収縮する不安定な宇宙を予測しました。宇宙を静的にするために、アインシュタインは宇宙定数に取り組みました。
ほぼ10年後、別の物理学者、エドウィンハッブルは、私たちの宇宙は静的ではなく拡大していることを発見しました。遠方の銀河からの光は、それらが互いに離れていることを示していました。この啓示は、拡大する宇宙を説明する必要がなくなったため、アインシュタインに、場の方程式から宇宙定数を放棄するように説得しました。物理学の伝承は、アインシュタインが宇宙定数の彼の導入がおそらく彼の最大の失策だったと後で告白したということを持っています。
1998年に、遠方の超新星の観測は、宇宙が単に拡大しているだけでなく、拡大が加速していることを示しました。銀河はお互いに離れて加速し、まるで未知の力が重力に打ち勝ってそれらの銀河を押しのけるかのようでした。物理学者はこの謎めいた現象をダークエネルギーと名付けました。なぜなら、その真の性質は謎のままであるためです。
皮肉なひねりの中で、物理学者は宇宙定数をアインシュタインの場の方程式に再び導入して、暗黒エネルギーを説明しました。 ΛCDM（ラムダCDM）として知られている宇宙論の現在の標準モデルでは、宇宙定数は暗黒エネルギーと交換可能です。天文学者は、遠い超新星の観測と宇宙マイクロ波背景の変動に基づいてその値さえ推定しました。値は非常に小さい（1平方メートルあたり10 ^ -52のオーダー）が、宇宙のスケールでは、空間の加速された膨張を説明するのに十分重要です。
「宇宙定数は現在、私たちの宇宙のエネルギー含有量の約70％を構成しています。これは、私たちの宇宙が現在経験している観測された加速された膨張から推測できるものです。しかし、この定数は理解されていません。」 「それを説明する試みは失敗しました、そして私たちが宇宙を理解する方法に欠けている根本的な何かがあるようです。このパズルを解明することは現代の物理学の主要な研究分野の一つです。問題を解決することは一般的に物理学のより基本的な理解に私達を」。
物理学の歴史の中で最悪の理論的予測
宇宙定数は、物理学者が「真空エネルギー」と呼ぶものを表すと考えられています。量子場の理論では、完全に空の空間の真空中でも仮想粒子が存在し、そこから飛び出してエネルギーを生み出します。これは一見馬鹿げた考えですが、実験的に観察されています。この問題は、物理学者が宇宙定数への寄与を計算しようとしたときに発生します。それらの結果は、すべての物理学における理論と実験の間の最大の不一致である10 ^ 121（10の後に120のゼロが続く）という気が遠くなるような要素による観測とは異なります。
そのような格差は、一部の物理学者にアインシュタインの元の重力方程式を疑わせました。重力の代替モデルを提案している人もいます。ただし、レーザー干渉計重力波天文台（LIGO）による重力波のさらなる証拠は、一般相対論を強化するだけであり、これらの代替理論の多くを却下しました。これが、重力を再考するのではなく、ロンブリザーがこの宇宙パズルを解決するために別のアプローチをとった理由です。
「私が提案するメカニズムはアインシュタインの場の方程式を変更しない」とロンブリザーは言った。代わりに、「アインシュタインの場の方程式の上にさらに方程式を追加します。」
アイザックニュートンの重力の法則で最初に使用され、現在はアインシュタインの場の方程式の重要な部分である重力定数は、オブジェクト間の重力の大きさを表します。それは物理学の基本的な定数の1つと考えられており、宇宙の始まり以来永遠に変わっていません。 Lombriserは、この定数は変化する可能性があるという劇的な仮定を行いました。
ロンブリザーの一般相対性理論の変更では、重力定数は観測可能な宇宙内で同じままですが、それを超えて変化する可能性があります。彼は、基本定数に異なる値を持つ、私たちには見えない宇宙のパッチがあるかもしれない多元的なシナリオを提案します。
この重力の変化により、ロンブリザーは宇宙定数を時空全体の物質の平均合計に関連付ける追加の方程式を与えました。彼は宇宙のすべての銀河、星、暗黒物質の推定質量を説明した後、その新しい方程式を解いて宇宙定数の新しい値を得ることができました-観測と密接に一致するもの。
ダークマターで作られた宇宙の割合を表す新しいパラメーターΩΛ（オメガラムダ）を使用すると、宇宙は約74％のダークエネルギーで構成されていることがわかりました。この数は、観測から推定された68.5％の値と厳密に一致します。これは、場の量子論によって発見された巨大な不均衡を大幅に改善したものです。
ロンブリザーのフレームワークは宇宙定数の問題を解決するかもしれませんが、現在それをテストする方法はありません。しかし将来、他の理論の実験が彼の方程式を検証する場合、それは暗黒エネルギーの理解における大きな飛躍を意味し、他の宇宙の謎を解くためのツールを提供する可能性があります。
