ダークマターとダークエネルギーのすべての選択肢の一つの大きな問題

どんなに私たちがそれを隠そうとしても、宇宙に関しては私たち全員を見つめている巨大な問題 三つのことを理解すれば:

1. 宇宙を支配する法則、宇宙を構成する要素、
2. 宇宙が始まった条件、

私たちはすべての中で最も顕著なことをすることができます。 私たちは方程式のシステムを書き留めることができ、十分に強力なコンピュータを使って、宇宙が時間の経過とともにどのように進化し、それらの初期条件から今日見られる宇宙にどのように変化したかを記述することができます。

私たちの宇宙の歴史の中で起こったすべての単一のイベント—古典的なカオスと量子不確定性の限界まで—量子粒子間の個々の相互作用からすべての最大の宇宙スケールまで、非常に詳細に知られ、記述することができました。 私たちがまさにそれをやろうとするときに直面する問題は、私たちが宇宙について知っているすべてにもかかわらず、私たちが予測し、私たちが観察するものは、少なくとも2つの謎の成分を加えない限り、まったく一致しないということです。ある種のダークマターとある種のダークエネルギー。 それは解決するための驚くべきパズルであり、すべての天体物理学者が考慮しなければならないものです。 多くの人が選択肢を提示するのが大好きですが、それらはすべて暗黒物質とエネルギーの不満足な修正よりもさらに悪いです。 ここになぜの科学はある。

宇宙の性質を明らかにするのを助けた私たちができる測定の全体のスルーがあります。 私たちは惑星の軌道と質量の存在による光の偏向を測定しました、それはアインシュタインの一般相対性理論であり、ニュートンの万有引力の法則ではないことが私たちの現実を最もよく説明していることを示しました。 私たちは、素粒子、反粒子、光子の挙動を明らかにし、私たちの宇宙を支配する量子力と場を明らかにしました。 宇宙がどのように時間を経て進化したかをシミュレートしたいのであれば、私たちがテストしたスケールで既知の、明らかに正しい法則を取り、宇宙全体に適用する必要があります。また、宇宙全体で観測できるすべてのオブジェクトに関する一連のプロパティを測定することもできました。 私たちは、星がどのように輝き、光を発するかを学び、星について多くのことを伝えることができます—どのように大規模な、熱い、発光、古い、重い元素が豊富 -ちょうど適切な方法でその光を見て。 さらに、惑星、恒星の死体、故障した星、ガス、塵、プラズマ、さらにはブラックホールなど、他の多くの形態の物質がすべて同定されています。

私たちは、宇宙のすべての物質とエネルギーとそれを構成しているものを合計することができる一種の”宇宙センサス” 物質に加えて、我々は少量の反物質を同定しました。 私たちの目に見える宇宙の中には、通常の物質の代わりに反物質で作られた星や銀河はありませんが、ブラックホールや中性子星のような高エネルギーの自然なエンジンから離れて流れている反物質のジェットがあります。 また、熱いビッグバンの間に、また星や恒星の大変動の核過程から生成された、質量は小さいが膨大な数の宇宙を高速化するニュートリノもあります。もちろん、問題は、私たちが直接測定したすべての成分を取り、宇宙を支配する方程式を宇宙全体に適用し、すべてをまとめることを試みると、それは合 私たちが知っている法律と私たちが直接発見した成分を組み合わせると、私たちが見るように宇宙を説明することはできません。 特に、帰無仮説を調べたい場合は、相互に排他的であるように見えるいくつかの観測があります。

あなたは前に暗黒物質について聞いたことがありますが、私たちがそれを必要とすると聞いた”天体物理学者がそれについて得る最も一般的な質問は、”まあ、私たちが検出するのが得意な物質の種類よりも普通の物質があればどうなりますか？ “ダークマター”が暗いことを起こるちょうどより正常な物質である場合はどうなりますか？”

その考えの問題は、私たちがすでに持っている観測から、目に見える宇宙の中にどれだけの正常な物質が存在するかを知っているということです。 宇宙は過去にはより暑くて密度が高く、物事が熱くて十分に密度が高いときは、自由な陽子と中性子だけが存在する可能性がありました。 彼らが重い核の任意の組み合わせに一緒に結合しようとした場合、宇宙はすぐに離れて爆破されるほどエネルギッシュでした。 存在する最も軽い元素：

• 水素（1陽子）、
• 重水素（1陽子と1中性子）、
• ヘリウム-3（2陽子と1中性子）、
• ヘリウム-4（2陽子と2中性子）、
• リチウム-7（3陽子と4中性子）

すべての宇宙の最初の3-4分で作成され、形成された。彼らは瞬時に破壊されていないように、宇宙が十分に冷却した後にのみ。

注目すべきは、粒子（および核融合）を支配する物理学の法則が非常によく理解されているので、宇宙がかつてその状態から熱く、密度が高く、膨張し、冷却されていたと仮定して、これらの異なる光要素の異なる比率がどうあるべきかを正確に計算できるということです。J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.J.JANSSEN,ESO

私たちは研究室での反応を直接研究してきましたが、私たちの理論が予測するように物事は正確に動作します。 私たちが変化する唯一の要因は、私たちの宇宙のすべての陽子または中性子（バリオン）のためにどのように多くの宇宙光子（光の粒子）があるかを教え私たちは今、それをすべて測定しました。

COBE、WMAP、およびプランクのような衛星は、宇宙にある光子の数を測定しました：空間の1立方センチメートルあたり411。 明るい銀河やクエーサーのように、私たちと遠くの光源の間に現れるガスの雲が介在すると、宇宙を通過する光の一部が吸収され、これらの元素や同位体の存在量を直接教えてくれます。 私たちがそれをすべて追加すると、宇宙の全エネルギーの約5％だけが正常な物質になることができます。

ここで言及されているものに加えて、私たちが考慮しなければならないあらゆる種類の観測があります。 あなたの提案された宇宙論を真剣に受け止めたいのであれば、あなたは多種多様な宇宙現象を説明することができなければなりません。 あなたは説明する必要があります:

• 私たちは私たちの宇宙で見る構造の宇宙ウェブとそれがどのように形成され、
• 個々の銀河のサイズ、質量、および安定性、
• 銀河団の内部の周り>そして、宇宙の膨張率が時間の経過とともにどのように変化するかを正確に観察しました。

この選択には他にも多くの観測がありますが、これらは特定の理由で選択されました。 私たちが見る宇宙を説明するためには、追加の何かが必要です。

原則として、一つの新しい微調整だけがすべてを説明することができると想像することができます。 私たちが十分に賢いならば、私たちはただ一つの新しい成分を追加するか、これらの観察のすべてを一緒に説明する私たちのルールに一つの変更を行 ところで、それはFritz Zwickyによって1930年代に最初に提案されたように、暗黒物質の背後にある元のアイデアでした。 彼は銀河団の中を飛び回る銀河の速度を最初に測定し、星が説明できる質量の約100倍の質量が必要であることを発見しました。 彼はそれのすべてを説明するかもしれない新しい成分—ダークマター—を仮定しました。私たちは、観測や実験から、ダークマターは、物理学の標準モデル内に存在する既知の粒子のいずれかで作ることができないことを知っています。

私たちは、暗黒物質は早い段階であっても熱く、または速く動くことができなかったことを学びました。 私たちは、それが強い、電磁気、または弱い力を介してかなりの方法で相互作用することができないことを学びました。 そして、我々は、我々は宇宙に冷たい暗黒物質のこの一つの成分を追加する場合、観測のほとんどすべてがラインに落ちることを学びました。

暗黒物質だけでは、それなしでは説明できない多くの観測を説明することができます。 私たちは宇宙のウェブを手に入れます; 星団は小さな銀河に合体して大きな銀河に成長し、やがて銀河団に成長します。銀河団内で動きの速い銀河を得ます。銀河団が衝突すると熱いガスと重力の影響との間に分離します。銀河団は内側と同じくらい速く回転します。観測と一致する大きな重力レンズを得ます。宇宙マイクロ波の背景に一致する温度変動を得て、他の銀河から特定の距離にある銀河を見つける可能性を説明します。しかし、私たちはすべてを得るわけではありません。

ダークマターは、これらの問題の最大数を一度に解決するために、私たちが追加できる余分な”もの”であり、修正ではなく成分であることが判明しましたが、 それは膨張率の（より大きな）問題を解決せず、5対1の比率で通常の物質を上回るにもかかわらず、宇宙が空間的に平坦である理由の（より小さな）パズルを説明しません。 どういうわけか、宇宙の総エネルギーの完全な2/3は説明されていません。

ダークエネルギーは、もちろん、観測の残りの部分を説明するために追加できる2番目の追加成分です。 それは宇宙自体に固有のエネルギーの一形態として機能し、宇宙が希薄で十分に拡散するように拡大したときにのみ重要になります。 それは、最初の〜7+10億年の間重要ではなかった後、今日の宇宙のエネルギーの大部分を占めています。 そして、それは遠くの銀河が拡大する宇宙で私たちから離れるにつれて、減速するのではなく加速する原因となります。

これらの観測値をすべて一緒に説明する単一の変更はありません。 実際には、法律を変更するか、新しい成分を追加することによって、あなたが作ることができる他の単一の変更は、ダークマターやダークエネルギーよりも、これらの問題を解決することはありません。 そこに競合するアイデアのほとんどは、次のようなものです:

• 重力の法則を変更する、
• ダークエネルギーを時間とともに進化する動的なフィールドまたはエンティティにする、
• または何らかの崩壊するダークマターまたは初期のダークエネルギーを発明する、

二つの致命的な欠陥の一つ（または両方）を持っている。 ダークマターとダークエネルギーによって追加される二つの新しいパラメータよりも多くを必要とするか、ダークマターとダークエネルギーを追加することで解決

科学では、ほとんどの人はオッカムのかみそりを利用しています。 重力を変更するのは、ダークマターとダークエネルギーを追加するよりも簡単ではありません。 宇宙定数以外のタイプのダークエネルギーを導入するのは簡単ではありません。 代わりに、ダークマターとダークエネルギーの両方を一緒に置き換えて、一つの新しい実体だけを導入した説明を作るようなことをしなければなりません。このように、暗黒物質と暗黒エネルギーは、最も単純な説明です。

このように当惑するように、暗黒物質と暗黒エネルギーは、最も簡単な説明です。

暗い流体のアイデア自体は、複数の自由なパラメータを必要とします。 今年初めに導入された新しい相対論的モンドや、ベケンシュタインの古いテンソル-ベクトル-スカラー重力は、暗黒物質や暗黒エネルギーと同じくらい多くのパラメータを追加するだけでなく、銀河団を説明することはできません。 問題は、暗黒物質と暗黒エネルギーが単に正しくなければならないということではありません。 それは他のすべてのアイデアが客観的に悪いということです。 私たちの宇宙で本当に起こっていることが何であれ、私たちは調査を続けるために自分自身にそれを借りています。 それは私たちが自然が本当にどのように機能するかを知る唯一の方法です。