過去 20 年間、物理学者は宇宙の膨張が加速していることを知っていました。あたかも奇妙な「暗黒エネルギー」が風船のように宇宙を吹き飛ばしているかのようです。実際、宇宙学者のよくテストされた標準モデルは、宇宙の内容の 69% が暗黒エネルギーであると想定しています。しかし、理論家のチームは、神秘的なものは必要ないかもしれないと主張しています.代わりに、研究者は、宇宙の加速は、その密度の変動または不均一性によって引き起こされる可能性があると主張しています.もしそうなら、物理学における最大のミステリーの 1 つは、アルバート アインシュタインのよく知られている一般相対性理論以外には何も説明できません。しかし、他の研究者は懐疑的です。
宇宙の加速膨張の発見に対して 2011 年に授与されたノーベル賞を、「もしそれが正しければ、誰かが取り戻さなければならないだろう」と、ホノルルにあるハワイ大学の宇宙学者、ニック・カイザーは言う。オハイオ州ガンビアにあるケニオン カレッジの計算宇宙論者で、同様の分析に取り組んできた Tom Giblin は、「不均一性で暗黒エネルギーが説明されるといいのですが」と述べています。しかし、彼は、「私たちのシミュレーションから、それがここで見られるほど大きな効果になると予想する証拠は見当たりません.」
問題になっているのは、宇宙論者が宇宙が過去 138 億年にわたってどのように進化したかを計算する方法です。大まかに言えば、それらは 2 つの方程式に依存しています。 1 つは、物質がどのように合体して銀河や銀河団になるかを説明するものです。フリードマン・ルメートル・ロバートソン・ウォーカー (FLRW) 計量として知られるもう 1 つの計量は、アインシュタインの重力理論 (一般相対性理論) から派生したもので、科学者はこれを使用して、いつでも宇宙がどれだけ膨張したかを計算します。シミュレーションの各ステップで、宇宙学者のプログラムは FLRW メトリックを使用して、宇宙がどれだけ成長したかを示す「スケール ファクター」を計算します。次に、プログラムはスケール係数を入力として使用して、そのステップで銀河とクラスターの形成がどのように進行するかを計算します。
ただし、厳密に言えば、FLRW 方程式は滑らかで均一な宇宙に適用されます。そのため、各ステップでスケール係数を計算するために、宇宙論者は通常、宇宙が滑らかであると仮定し、シミュレーションから決定された平均密度を FLRW メトリックの入力として使用します。一般相対性理論では、質量とエネルギーが時空をゆがめると言っているからです。その結果、銀河の重力が膨張に逆らって引っ張られる、空の領域では空間がより速く膨張し、密集した領域ではゆっくりと膨張するはずです。したがって、原則として、宇宙の不均一性はダイナミクスを通じてフィードバックされ、宇宙の膨張に影響を与える可能性があります。
ブダペストにあるエトヴェシュ・ロラーンド大学の天体物理学者であるガボール・ラーツとラースロー・ドボスとその同僚たちは、その「反作用」をとらえようと試みました。彼らは、一辺が 4 億 8000 万光年の空間の立方体をシミュレートしました。 FLRW メトリクスを使用して各タイム ステップでキューブ全体の 1 つのスケール ファクターを計算する代わりに、キューブを 100 万のミニユニバースに分割し、式を使用してそれぞれのスケール ファクターを計算しました。 「宇宙のすべての領域がその膨張率自体を決定すると仮定しています」と Dobos 氏は言います。その後、研究者は多くのスケール係数の平均を計算しましたが、これは平均密度から計算されたスケール係数とは異なる場合があります。
チームの仮想宇宙は、現実の世界と同じように進化し、その拡大は過去数十億年にわたって加速しています。これは、シミュレーションに宇宙を引き伸ばすダーク エネルギーを追加しなくても発生したと、研究者は王立天文学会の月報に掲載されている論文で報告しています。 .この結果は、暗黒エネルギーを錯覚として説明できる可能性があることを示唆しています、と Dobos は言います。
他の人は慎重です。 Giblin は、彼と彼の同僚が行ったシミュレーションが新しいものとは異なることに注目しています。新しい研究は、より細かい空間スケールへの宇宙の進化を追跡しますが、特定の仮定と近似が含まれていると彼は言います.違いはあるものの、Giblin 氏によると、彼の研究は、逆反応が宇宙の膨張率を 1% 未満変化させることを示唆しているのに対し、新しいシミュレーションは 20% を超える効果を示唆しています.
Kaiser はまた、不均一性の影響は小さいと予想しています。彼は、宇宙の加速膨張の最良の証拠は、比較的近い宇宙でのタイプ1a超新星として知られる星の爆発の距離と年齢を測定することから得られると指摘しています。ただし、ローカル宇宙では、単純なニュートン重力で十分に機能するはずです。これは、相対論におけるスケール係数の決定方法の違いが大きな影響を与えるべきではないことを示唆しています。 「彼らが正しければ、非常に面白いことが起こっている」と彼は言う.
それでも、専門家は、逆反応を調査することは合理的だと言います. 「人々がこの効果の大きさを計算したいという点で、これは今や主流の一部になっていると言えます」と、フランスのリヨン大学の宇宙学者で、1990 年代にこのトピックを開拓した Thomas Buchert は言います。 Giblin は、「主流の宇宙論は暗黒エネルギー問題を解決するのに非常に悪い仕事をしたので、このような非主流のアイデアが解決する可能性が高い」と述べています。しかし、彼は、「これが 1 つであるかどうかはわかりません」と付け加えています。
