ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンとカリフォルニア大学デービス校の数学者らは、宇宙の加速膨張が暗黒エネルギーなしで説明できるという数学的証明を発表し、30年近く続いてきた標準的な宇宙論モデルであるラムダ冷暗黒物質モデルに深刻な打撃を与えた。
アレクサンダー 他。アインシュタイン・オイラー方程式に固有の不安定性が、膨張する宇宙の現在のモデルが維持できないことを意味することを数学的に証明すること。写真提供者: M. Weiss / ハーバード・スミソニアン天体物理学センター。
ほぼ 30 年前、暗黒エネルギーは宇宙の加速膨張の原因となる力であると提案されました。
このアイデアは、一般相対性理論の重力を説明する 1915 年のアルバート アインシュタインのオリジナルの方程式に遡ります。
静的な宇宙を生成するために、アインシュタインは最初に反重力因子を理論に導入しました。彼はこの係数を宇宙定数と呼びました。
1929 年にエドウィン ハッブルが宇宙が膨張していることを発見した後、アインシュタインは宇宙定数を「最大の間違い」と呼びました。なぜなら、それがなければ膨張を予測できたからです。
しかし、宇宙定数とそれが暗黒エネルギーと交換可能であるという考えは、1990 年代に宇宙の加速膨張を説明するために再導入されました。
カリフォルニア大学デービス校のブレイク・テンプル教授らは、「ルメートルとハッブルがビッグバンの初期特異点から生じる膨張銀河宇宙を初めて理論化して以来、フリードマン族の時空は現代宇宙論の出発点となっている」と述べた。
「この理論は、1920 年代初頭にアレクサンダー フリードマンによって発見されたアインシュタインの場方程式の陽的解に基づいています。」
「その話によると、1922年にフリードマンは自分の解法をアインシュタインに送ったが、アインシュタインは当初、宇宙は静的であると信じて解法を拒否したが、その後すぐにフリードマンの訴えで解法が正しいとして受け入れられた。」
「1931年、アインシュタインは静的モデルを不安定なものとして拒否し、フリードマンの時空に基づいたルメートル宇宙論を創造の最も美しく満足のいく説明として記述したとして有名に引用されたハッブルの膨張する宇宙の1929年の測定を受け入れた。」
「我々の新しい論文では、フリードマン時空はいかなるオーダーの半径方向の摂動に対しても本質的に不安定であるという定理を与えている。」
テンプル教授とその共著者らは、宇宙の加速膨張についての別の説明を探した。
「私たちの最初の考えは、おそらく衝撃波があったために宇宙が膨張しており、異常な加速はその衝撃波の背後にある膨張波ではないかということでした」とテンプル教授は語った。
「その後、ビッグバン放射中に、この拡大波を実証する可能性のある一連の自己相似解が存在することに気づきました。」
自己相似方程式は、その規模に関係なく、パターンや構造を維持する物理現象を記述します。
彼らの論文では、数学者たちは、以前の研究で導き出したアインシュタイン方程式の自己相似バージョンを使用して、方程式の静止点として宇宙論の標準モデルを表しています。
これは、標準模型の安定性、より一般的には、物質が支配するビッグバン中のすべてのフリードマン時空の安定性を完全に数学的に特徴付けるための枠組みを提供します。
「アインシュタインの静的モデルと同様に、フリードマン時空はすべて、大きな長さのスケールでの放射状の摂動に対して不安定であることを私たちは実証しました」とテンプル教授は述べた。
「これは、暗黒エネルギーの有無にかかわらず、アインシュタインの一般相対性理論の方程式に対する実行可能な安定した解として、冷たいラムダ暗黒物質モデルを排除するものと思われる。」
「これは、ビッグバンは一般に対称中心付近ではフリードマン時空と同じように見えるはずだが、一般にフリードマンから離れる加速は中心から離れて見えるはずであることを意味する。」
研究者らは、宇宙の加速膨張は、宇宙定数や暗黒エネルギーの導入を伴わないアインシュタイン・オイラー方程式の直接の結果であることを発見しました。
数学はまた、コペルニクスの原理、つまり地球の位置は宇宙の中で特別な場所を占めていないという考えにも疑問を投げかけます。
「冷たいラムダ暗黒物質モデルと球対称時空の両方が、モデルが物理的にもっともらしいと思われるために嘘をつきなければならない特別な場所を生み出します」とテンプル教授は述べた。
「この原則が一方を除外する場合、もう一方も除外しなければなりません。」
その新聞は今週掲載されました 王立協会の議事録。
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C.アレクサンダー 他。 2026年。ダークエネルギーの代替としてのビッグバンにおける臨界時空と非高密度時空のフリードマン不安定性。 退院した。あ 482 (2338): 20250912;土井: 10.1098/rspa.2025.0912
