宇宙論よくある質問

質問

宇宙のダークエネルギーとはどういうものですか？

答え

宇宙は膨張しています。宇宙のなかにある物質は万有引力によってお互いに引き合います。このため、宇宙の膨張はだんだんと遅くなっていくはずで、以前の標準的な考え方ではそのように考えられてきました。ところが、最新の観測によると、実は現在の宇宙の膨張は加速していることがわかってきました。宇宙が加速するためには空間を反発させる力が必要です。万有引力は引き合う力ですから、これは普通にはありえないですね。空間が反発するには何か私たちの知らない機構があるはずです。

まだ宇宙の膨張や加速などが知られていなかったころのことですが、重力の新しい理論を作ったアインシュタインは自分の発見した方程式を用いて宇宙を記述するモデルを作りました。すると、宇宙は膨張しているか収縮しているかのどちらかであるべきだということがわかりました。彼は宇宙は静止しているはずであって、自分の方程式が間違っていると考えました。そこで「宇宙定数」というものを自分の方程式に付け加えて修正し、静止する宇宙を作って見せたのです．皮肉なことにその後、宇宙は実際に膨張していることが観測によって示されました。アインシュタインはそれを聞いて自分の加えた修正は間違いだったとして取り下げたのです。

この宇宙定数は宇宙が重力によって収縮しようとするのを止めるために付け加えられたものですから、空間を反発させる力となります。したがって、最新の観測で見つかってきた宇宙の加速膨張は、このアインシュタインの宇宙定数を使うと説明できるのです。こうして一度取り下げられた宇宙定数が近年また脚光を浴びてきたのです。今度は宇宙を静止させるためではなく、加速させるものとして。

ところが、この宇宙定数は方程式に手で付け加えたものですから、理論的にはあまり気持ちのいいものではありません。この定数が表れる理由を考えてみるとかなり不自然な値をもっていることがわかりました。自然の定数としてはあまりに値が小さすぎるのです。

その理由はいまだに明らかになっていません。現在、宇宙定数の値がこのように不自然なものである理由がさまざまに研究されています。宇宙定数ではなく、圧力がマイナスになるような通常とは異なる物質が宇宙を加速させているのではないかという考えもいろいろと出されています。そのような物質は全く誰も見たことはありませんが、理論的には圧力がマイナスになる物質がもしあれば重力が反発力として働きます。

宇宙を加速させる原因が宇宙定数であるとしても、あるいは圧力がマイナスの物質であるとしても、まだ私たちの知らないエネルギーが空間に一様に広がっていることになります。この未知のエネルギーのことを「ダークエネルギー」と呼びます。その正体はまだ全く明らかになっていないのです。まさに現代物理学のミステリーというべきものです。