2018年12月06日 20時00分 サイエンス

ダークマターやダークエネルギーは「負の質量」を持つ「Dark fluid(暗黒流体)」の一部だとする論文が発表される

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これまでの宇宙理論では、宇宙に存在する5％のものしか説明することができず、残りの95％は目に見えず正体不明の「ダークマター(暗黒物質)」「ダークエネルギー(暗黒エネルギー)」であるとされています。新たな研究で、この2つは「Dark fluid(暗黒流体)」というものの一部であり、「暗黒流体が『負の質量』を持ち、かつ負の質量が連続的に作り出されている」と考えることで多くの「謎」が説明できるとする論文が発表されました。



[1712.07962] A Unifying Theory of Dark Energy and Dark Matter: Negative Masses and Matter Creation within a Modified ΛCDM Framework

https://arxiv.org/abs/1712.07962



Bizarre 'dark fluid' with negative mass could dominate the universe – what my research suggests

https://theconversation.com/bizarre-dark-fluid-with-negative-mass-could-dominate-the-universe-what-my-research-suggests-107922



ダークマター、ダークエネルギーが何なのかは結論づけられていませんが、重力との関係からその推論が行われています。ダークマターは人間が知覚できるものに影響を及ぼす重力のようなものを持ち、ダークエネルギーは宇宙を加速度的に拡張させる斥力を持ちます。これまでの研究では、両者は異なる現象として扱われることがほとんどでしたが、オックスフォード大学の天体物理学者であるジェイミー・ファーンズ氏は新たな研究で、この2つの現象が負の質量を持つ「暗黒流体」というコンセプトの一部である可能性を示しています。



by AlexAntropov86



負の質量は、「負の重力を持つ物体」に関する仮説です。負の重力を持つ物体は、私たちが日常生活で経験する「正の重力」を持つ物体とは逆の動きを示します。例えば、私たちが負の重力を持つ物体を押すと、物体は私たちに近づいてくるという、直観に反した現象が起こるのです。



負の質量という考え自体は新しい宇宙論ではありません。通常の物体と同様に、負の質量を持った粒子は宇宙の拡大と共に広がっていくと考えられています。基本的に粒子が広がるにつれ、粒子が持つ斥力は小さくなるはずなのですが、これまでの数多くの研究では宇宙が広がっても斥力が弱まらないということが示されていました。新しく発表された暗黒流体の研究結果は、この一見矛盾する現象について説明するものとなります。



ファーンズ氏の研究は一般相対性理論に修正を加えたもので、負の質量が「存在する」だけにとどまらず、「連続的に作り出されている」と主張するもの。物質生成は初期の宇宙論モデルで既に触れられているものであり、ここでは正の重力を持つものが宇宙の拡大とともに作り出されていると主張されていました。その後、観察によってこの理論は誤りだといわれるようになりましたが、これは負の質量が連続的に作り出されていることを否定するものではありません。



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暗黒物質はもともと、「銀河の回転曲線は目に見える物質分布から想定される回転速度と異なり、銀河の周縁部でも回転速度が低下しない」という銀河の回転曲線問題を説明するために導入されました。つまり、銀河の回転を低下させない「目に見えない何か」から生じる重力がなければ、銀河はばらばらになっているはず、と考えられたのです。ファーンズ氏が仮想宇宙の3Dコンピューターモデルを作成して確認したところ、暗黒流体が持つ斥力は銀河を1つにしていることが示されたとのこと。正の質量を持つ銀河の重力はさまざまな方角から負の質量を引き寄せており、負の質量を持つ流体が銀河に近づくにつれ、銀河に強い斥力が働くため回転速度が低下しないというわけです。



奇妙に聞こえるかもしれない「負の質量」ですが、既に多くの分野で用いられており、2017年には負の質量を持つ物質の生成に成功したという発表もありました。ファーンズ氏の研究結果は現代物理学の多くの問題を解決に導く助けになると考えられており、たとえば「空間には負のエネルギーがあるはずだ」とする「ひも理論」は、現存するエビデンスと矛盾するといわれますが、暗黒流体の仮説を補強する位置づけとなります。また、宇宙が膨張していることを示すハッブルの法則において宇宙の膨張速度はハッブル定数で求められますが、この定数は時間と共に変化します。ファーンズ氏によると、負の質量という宇宙論では、定数がどのように変化していくのかを数学的に予測することが可能であるとのことです。



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ファーンズ氏は「負の質量の宇宙論が間違っている可能性はある」としつつも、現存する科学の未解決問題に対する答えを与えてくれているように見えると述べています。