1 世紀ほど前、物理学者のアルバート アインシュタインは、重力に対する新しいアプローチを提供する一般相対性理論を提案しました。この理論は、ニュートンの重力理論に見られる矛盾を修正する方法として登場しました。新しいアプローチでは、重力を時空の歪みとして扱いました。
一般相対性理論を使用すると、水星の軌道の歳差運動など、いくつかの観測を説明することができました。日食中に起こった観測も、時空の湾曲によって説明されています。理論を通じて、ブラックホールの存在に対する理論的議論も見つかりました。
理論は成功しましたが、より大規模なスケールを導入する必要がある場合には、いくつかの問題が発生します。これらの問題は「宇宙のグリッチ」として知られるようになりました。カナダの研究者が発表した論文では、この不具合を説明するには一般相対性理論を修正する必要があると提案している。
一般相対性理論
1915 年、アルバート アインシュタインは相対性理論を発表し、重力を時空の曲率として説明しました。その考えは、質量を持つ物体が宇宙の構造である時空を歪ませるというものです。時空は 3 つの空間次元と 1 つの時間次元で構成されています。
一般相対性理論のアイデアは、アインシュタインが重力を力として扱うニュートンの重力の法則を研究していたときに生まれました。アインシュタインは、有名な屋根の上の男問題のような思考実験を行うことによって、一般相対性理論の概念を提案しました。この研究は最も重要なものの 1 つであり、物理学の新しい分野を切り開きました。
天秤
アインシュタインのせいでアイザック・ニュートンの万有引力理論が間違っていたというのは間違いです。一般相対性理論は、地球や太陽系などのより小さなスケールで研究すると、万有引力の理論に近づきます。重力理論の問題は、それが機能するスケールです。
一般相対性理論は、重力の説明をより大きなスケールとより強力な重力場に拡張しました。例としては、一般相対性理論によって説明されるブラック ホールの重力場が挙げられます。しかし、いくつかのスケールでは、一般相対性理論にも矛盾が見られ始めます。
宇宙のグリッチ
最もよく知られている矛盾は、一般相対性理論が量子力学と噛み合わない原子スケールのものです。しかし、より大きなサイズの銀河団では、いくつかの問題も発生します。これらの問題の 1 つは、天文学者の間で宇宙グリッチとして知られるようになりました。
宇宙の不具合は、数十億光年程度の遠距離で発生し、観測では重力が少し弱くなるように見えます。これらの観察は、一般相対性理論によって与えられる理論的予測と一致しません。より大きなスケールでは、重力はもはや一般相対性理論に従いません。
一般相対性理論の変化
カナダの研究者のグループは、アインシュタインの方程式内の重力定数を変更することを提案しました。この変化は宇宙の不具合を説明し、解決するのに役立つでしょう。この変更は、主にスーパーホライゾンと呼ばれる非常に長い距離について考慮するという考えです。
この変化はラムダ CDM と呼ばれる宇宙モデルでも起こるでしょう。このモデルは、暗黒物質から暗黒エネルギーまでの宇宙の構成を記述します。このモデルの最も有名な結果は、暗黒物質とビッグバン理論による宇宙の膨張です。
初めての変化ではない
一般相対性理論は過去にも変化を経験しているため、これが初めてではないでしょう。最初の変化は、アインシュタイン自身によって、宇宙定数と呼ばれる定数を方程式から破棄したときに起こりました。この変化は、エドウィン・ハッブルの予言が宇宙の膨張を示した後に起こった。
興味深いことに、ハッブル望遠鏡からの観測で加速膨張が示された前世紀末には、定数は方程式に戻る必要がありました。この加速は天文学者らを驚かせ、「力」が拡大していることを示した。宇宙定数は結果を説明するために方程式に戻りました。
ニュース参照:
ウェンら。 2024 重力における宇宙のグリッチ宇宙論と天体粒子物理学ジャーナル
