1920年代後半以来、天文学者は宇宙が膨張しているという事実を認識してきました。アインシュタインの一般相対性理論によって最初に予測されたこの実現は、最も広く受け入れられている宇宙論モデル、ビッグバン理論に情報を提供するために続いています。しかし、1990年代に状況がやや混乱し、観測の改善によって宇宙の膨張率が数十億年にわたって加速していることが示されました。
これは宇宙の拡大を推進している神秘的な見えない力であるダークエネルギーの理論につながりました。 「ミッシングマス」を説明したダークマターと同様に、このとらえどころのないエネルギーを見つけるか、少なくともそれに一貫した理論的枠組みを提供することが必要になりました。ブリティッシュコロンビア大学（UBC）の新しい研究は、宇宙が時間と空間の変動により拡大していると仮定することで、まさにそれを実現しようとしています。
研究–最近ジャーナルで発表されました フィジカルレビューD – UBCの物理学と天文学科の博士課程の学生であるQingdi Wangが主導しました。 UBC教授William Unruh（Unruh Effectを提案した男）の監督下で、Zhen Zhu（UBCの別の博士課程の学生）の支援を得て、彼らはDark Energyの新しい見方を提供します。
チームは、宇宙のすべての自然現象を一緒に説明する2つの主要な理論から生じる矛盾に対処することから始めました。これらの理論は、一般相対性理論と量子力学にほかなりません。これらは、宇宙が最大のスケール（つまり、星、銀河、クラスター）と最小のスケール（素粒子）でどのように動作するかを効果的に説明します。
残念ながら、重力と呼ばれる小さな問題に関しては、これらの2つの理論は一貫しておらず、科学者は量子力学の観点からまだ説明できません。ダークエネルギーの存在と宇宙の拡大は、意見の相違のもう1つのポイントです。手始めに、ダークエネルギーの最も一般的な説明の1つである真空エネルギーなどの候補理論は、深刻な不一致を示します。
量子力学によれば、真空エネルギーは信じられないほど大きなエネルギー密度を持つことになります。しかし、これが真実である場合、一般相対性理論は、このエネルギーが信じられないほど強力な重力効果をもたらすと予測します。これは、宇宙のサイズを爆発させるのに十分強力です。 Unruh教授がメールでSpace Magazineと共有した場合：
「問題は、真空エネルギーの単純な計算が巨大な値を与えることです。ある種のカットオフがあると仮定すると、プランクのエネルギー密度（または約1095 ジュール/メートル³）次に、ハッブル定数（宇宙のサイズがおよそ2倍になる時間スケール）が10のオーダーになることがわかります。-44 秒。したがって、通常のアプローチでは、なんらかの理由で何らかの形でそれを減らし、実際に約100億年の拡大率が得られるようにします。しかし、その「どういうわけか」はかなり神秘的で、説得力のあるメカニズムを半分も考案していません。」
他の科学者達はこれらの矛盾を解決するために一般相対性理論と量子力学の理論を修正しようとしましたが、王と彼の同僚は別のアプローチを求めました。 WangがSpace Magazineに電子メールで説明したように：
「以前の研究では、真空力学を小さくするために量子力学を何らかの方法で変更しようとしたり、何らかの方法で一般相対性理論を変更して、真空エネルギーに対して重力を麻痺させようとしたりしています。ただし、量子力学と一般相対性理論は、宇宙がどのように機能するかを説明する2つの最も成功した理論です...量子力学または一般相対性理論を変更しようとする代わりに、まずそれらをよりよく理解する必要があると考えています。私たちは量子力学によって予測された大きな真空エネルギー密度を真剣に受け止め、それらのいずれかを変更することなく、一般相対性理論に従ってそれらを引き寄せます。」
彼らの研究のために、Wangと彼の同僚は、予測された高エネルギー密度を考慮に入れて、真空エネルギーに関する新しい一連の計算を実行しました。次に、電子よりも数十億倍小さいスケールの最も小さなスケールで、時空の構造が膨張と収縮の間のすべてのポイントで振動する大きな変動の影響を受ける可能性を検討しました。
それが前後に揺れるにつれて、これらの振動の結果は、宇宙がゆっくりと拡大するが加速する速度での正味の効果です。彼らの計算を行った後、彼らはそのような説明が量子真空エネルギー密度の存在と一般相対性理論の両方と一致していることに気づきました。その上、それはまた、科学者たちが私たちの宇宙でほぼ1世紀にわたって観察してきたものとも一致しています。 Unruhが説明したように：
「私たちの計算によると、非常に小さなスケールの宇宙が実際には不条理に速い速度で膨張および収縮していることを一貫して考慮することができます。しかし、大規模な場合、これらの小さなスケールを平均化するため、物理学者はその「量子泡」に気付かないでしょう。有効な宇宙定数（暗黒エネルギー型効果）を与える際に、小さな残余効果があります。ある意味では、まるで海が完全に滑らかであるかのように移動する海の波のようですが、水を構成する原子のこの信じられないほどの踊りがあり、波はそれらの変動を平均して、まるで表面は滑らかでした。」
宇宙を支配するさまざまな力を解決できず、互いに打ち消さなければならない対立する理論とは対照的に、王と彼の同僚は、宇宙が絶えず動いている写真を提示します。このシナリオでは、真空エネルギーの影響は実際には自己相殺し、また、これまでずっと観察してきた膨張と加速を引き起こします。
伝えるには早すぎるかもしれませんが、非常に動的な（非常に小さなスケールであっても）宇宙のこの画像は、時空の理解に革命をもたらす可能性があります。少なくとも、これらの理論的発見は、科学コミュニティー内での議論を刺激し、直接的な証拠を提供するように設計された実験にもなります。そしてそれは、私たちが知っているように、宇宙として知られているこのことの理解を深めることができる唯一の方法です。
