宇宙の95%は負の質量をもつ「暗黒流体」だった?
ニューズウィーク日本版 / 2018年12月20日 16時53分
<これまで別々のものと考えられてきた暗黒物質と暗黒エネルギーは暗黒流体だと考えると、宇宙論の多くの謎が解ける>
不名誉なことながら、天体物理学者が真っ先に認める事実がある。当代最高の理論モデルをもってしても、宇宙に存在する物質の5%しか説明できないことだ。よく知られているように、あとの95%はほぼすべて、暗黒物資と暗黒エネルギーと呼ばれる観測不可能な謎の物質が占めるとされている。観測可能な宇宙には夥しい数の星が輝いているが、宇宙全体で見れば、その輝きは遠く離れて極めて稀で、宇宙の大半は正体不明の暗闇が支配しているのだ。
暗黒物質と暗黒エネルギーの存在は、重力の効果から推測されている。暗黒物質は、姿は見えなくても、周囲の物質に重力を及ぼしている。一方、暗黒エネルギーは斥力(せきりょく、互いに離れ合う力)を及ぼし、それによって宇宙は加速的に膨張している。この2つはこれまで別々の現象として扱われてきたが、学術誌アストロノミー・アンド・アストロフィジックスに掲載された論文で私が述べているように、実はその正体は同じで、負の質量をもつ奇妙な物質「暗黒流体」であると考えられる。
負の質量は仮説的な概念だが、負の質量をもつ物質は負の重力をもつと考えられる。私たちにおなじみの正の質量をもつ物質と違って、負の質量をもつ物質はなんとも奇妙な性質をもつ。その物質を向こうに押しやれば、こちらのほうに加速度的に迫ってくるのだ。
相対性理論を修正
宇宙論では、負の質量は目新しい概念ではない。ただ、負の質量をもつ物質があるとするなら、通常の物質と同様、それらの物質も宇宙が膨張するにつれて疎らに広がり、その斥力はしだいに弱まると考えられる。ところが、これまでの研究で、宇宙の加速膨張を促す力は常に一定であることが分かっている。そのため、これまで宇宙論の研究者たちは、負の質量という概念を採用しなかった。つまり、負の質量をもつ暗黒流体が実在するなら、それは宇宙の膨張につれて、薄く引き延ばされるようなものではない、ということだ。
新論文で私は、アインシュタインの一般相対性理論に修正を加え、負の質量をもつ物質はただ存在するだけでなく、絶えず新しく生み出されるというアイデアを提唱した。「物質の創造」という概念は、ビッグバンの初期の代替理論である定常宇宙論にも採用されている。定常宇宙論では、正の質量をもつ物質が絶えず新しく生み出され、膨張する宇宙を満たしていくと考えられたのだ。観測により、今ではこの説は否定されている。しかし負の質量をもつ暗黒流体が絶えず生み出されていると仮定することは可能だ。暗黒流体は宇宙が膨張しても薄く引き延ばされることはなく、まさしく暗黒エネルギーのような振る舞いを見せることを、私の研究は示唆している。
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