【重力波で見える宇宙のはじまり①】宇宙最大の謎の始まり。相対論も量子論も飛び越える真空エネルギーのゆらぎと、その逆襲。

こんにちは、カタツムリ系です🐌

地味ながら、いろんな方面での可能性を秘める重力波。光を含む電磁波ではリーチできない宇宙誕生38万年前より以前の宇宙へのリーチの可能性や、余剰次元の探求など、かなりリッチなコンテンツをもっている可能性あります。そんなこんなで、過去も何度か同じテーマの記事を↓

過去はたまたまか日本の著者でしたが、今回はフランスの方。新しい視点への期待。

重力波で見える宇宙のはじまり「時空のゆがみ」から宇宙進化を探る (ブルーバックス)

作者: ピエール・ビネトリュイ,安東正樹,岡田好惠
出版社/メーカー: 講談社
発売日: 2017/08/17
メディア: 新書
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出典はアマゾンさん。

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【目次】

四つの力のおさらい
四つの力の来し方行く末
宇宙最大の謎(P-20)

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四つの力のゆくえ

四つの力のおさらい

宇宙の基本的な相互作用の力として

重力
電磁気力
強い力
弱い力

は、類書でもよく取りざたされます。特徴としては

重力は、一つだけ極端に弱いが、遠くまで届き
強い力と弱い力は、強力だけど、到達距離が原子核あたりまで

といった説明です。これだと重力だけは仲間はずれです。しかし、

四つの力の来し方行く末

P-20

今でこそ重力は四つの力のうちで一番弱いけれど、宇宙誕生当時は他の三つの力と同様の力で働いていた（中略）いずれは、重力を含む四つの基本的な力は同じ一つの力が様相を変えたものにすぎないと考えられることになるだろう

なんだかヨーロッパの中世の騎士物語か、はたまたスターウォーズかのよう。かつて一つであったが、今はバラバラになった世界なら宇宙の「真の力」が、再結集を求めて動き始めている、みたいな💦

宇宙最大の謎(P-20)

まずは真空エネルギーの登場

これだけ謎はたくさんあるのに「宇宙最大」とは、大きく出たものですね💦

P-20

重力と量子物理学の折り合いを妨げるような大問題が発生します。「真空エネルギー」の問題です。

要は、例のダークマターみたいな話が出てくるのですが、なぜ問題になるのかにつき、ここでは、少し丁寧に説明を受けることができます。

P-20

量子論では、「真空」とは「基底状態」と呼ばれる（中略）宇宙は真空ですが、量子は波動性を持ち、真空でもエネルギーをもっていると考えます。一般相対性理論によると、あらゆる形のエネルギーは時空をゆがめ、そしてそのゆがみ量は原理的に計算できます。もちろん真空エネルギーも計算可能

真空とはいいながら、例の「不確定性原理」という性質で、完全には動きなり、エネルギーなりはゼロにはならないということのように読めます💦

真空エネルギーの謎が拡大。しかし無視？する方向で？

P-20

しかし、量子物理学と一般相対性理論から導かれる典型的な量を使って真空エネルギーを計算してみると、宇宙での観測と両立できる数字に比べて、並外れて大きい（120桁も大きい！）数字がでたのです。

ちょっとした見落とし💦とか、うっかりしてました💦みたいなことで収まる話ではなくなってきましたね💦とは言え、いつか量子物理学と一般相対性理論は統一されて、この真空エネルギーの問題もなんとか解決されるだろう（＝真空エネルギーという理念も自然消滅するだろう）という雰囲気があったそうです。まぁ、誤差が大き過ぎて、みなさん、やる気をなくしたのかも💦ところが

真空エネルギーの逆襲

P-21

この同じ真空エネルギーが、ビッグバン直後の指数関数的な（つまり、二乗、三乗と増えていくような）宇宙膨張を説明するために必須の問題となりました。それは宇宙誕生直後の「インフレーション」と呼ばれる時期

地平線問題とか平坦性問題とか呼ばれているらしく、現在、我々が見ている宇宙がなぜに、全ての方向に対して均質であるかを説明する材料が必要になったとか。いまは巨大な宇宙ですが、もともとは相当小さい領域の存在に過ぎなかった宇宙ですが、小さな領域に秘めたパワーの源は、どうやら真空エネルギーと目星がつけられたようです。ということは、真空エネルギーは宇宙の素ですね。たしかに、宇宙最大の謎かも！

ここでダークマターとかダークエネルギーの登場です。そして、我々が知る物質より、はるかに大きな質量をもつらしいダークマターとダークエネルギーですが、