宇宙定数のソースを表示

{{出典の明記|date=2011年8月28日 (日) 02:57 (UTC)}}
{{Unsolved|物理学|なぜ真空の零点エネルギーによって、大きな宇宙定数にならないのか？ 何がその値を打ち消しているのか？}}
<!-- 天文学用語っぽい英単語があるようなので、そちらに詳しい方の翻訳をお願いいたします。-->
'''宇宙定数'''（うちゅうていすう、{{En|cosmological constant}}）は、[[アルベルト・アインシュタイン|アインシュタイン]]の[[アインシュタイン方程式|重力場方程式]]の中に現れる'''宇宙項'''（うちゅうこう）の[[係数]]。宇宙定数は[[スカラー量]]で、通常'''Λ'''（ラムダ）と書き表される。<!-- この定数が値をもつと、弱い重力場において、アインシュタインの重力場方程式と[[アイザック・ニュートン|ニュートン]]の[[万有引力]]の法則との間にずれが生じる。-->

==概説==
重力場方程式を最小限の仮定で導出すると、
:<math>R_{\mu\nu} - {1 \over 2}R g_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu\nu}</math>
という式が得られる。宇宙定数 <math>\Lambda </math>と[[計量テンソル]] <math>g_{\mu\nu}</math>の積である左辺第3項が宇宙項 <math>\Lambda g_{\mu\nu}</math>であり、[[時空]]が持つ[[斥力]]（<math>\Lambda > 0</math>）または[[引力]]（<math>\Lambda < 0</math>）を表すが、通常はわずかに正（わずかな斥力）とされる。

アインシュタインが[[1916年]]に発表した最初の重力場方程式は、
:<math>R_{\mu\nu} - {1 \over 2}R g_{\mu\nu} = {8 \pi G \over c^4} T_{\mu\nu}</math>
であった。最初の式で<math>\Lambda = 0</math>とした場合に相当する。しかし、[[1917年]]の論文ではアインシュタインは、宇宙項を含む式を発表。その理由については、アインシュタインは[[定常宇宙論|宇宙の大きさは不変]]と考えていたが、一般相対性理論を宇宙に適用すると重力などの影響で縮むと気づき、宇宙定数をわずかに正とし「万有斥力」を導入することで定常な宇宙を導くためとされている<ref>図解 相対性理論がみるみるわかる本 - 著：[[佐藤勝彦 (物理学者)|佐藤勝彦]]、ISBN 4-569-62888-5 p72</ref>。

==否定==
しかし[[エドウィン・ハッブル]]らの観測によって、宇宙が膨張していることが明らかになり、アインシュタインはこの宇宙定数の導入を生涯で「最大の過ち」（{{En|biggest blunder}}）として後悔したというエピソードは有名である。ただしこの言葉は、本人から聞いて紹介したという[[ジョージ・ガモフ]]の報告以外に出典がないのでガモフの創作であろうという説もある<ref>『偉大なる失敗：天才科学者たちはどう間違えたか　科学者の試行錯誤の歴史　追体験』マリオ・リヴィオ著、千葉敏生訳　早川書房　2015年　原著 Brilliant Blunders</ref>。なお、2018年になって「他にもこれに言及している記録があり、ガモフによる創作ではない」とする論文が発表されている<ref>Cormac O'Raifeartaigh and Simon Mitton, Einstein's "biggest blunder" - interrogating the legend, arXiv:1804.06768. （須藤靖「アインシュタインは本当に『人生最大の失敗』と言ったのか」、『UP』551号（2018年9月）、30-37頁、に引用。）</ref>。

宇宙が静的ではないことを認めてから、アインシュタインは宇宙定数を嫌悪するようになった。しかしこの定数は宇宙の膨張の加速度を表現するという確固とした役割があり、したがって宇宙定数を消去する理由はどこにもないという事をアインシュタインに説明したのはビッグバン理論の提唱者[[ジョルジュ・ルメートル]]だった<ref>{{Cite book|和書|author=C・ロヴェッリ|authorlink=カルロ・ロヴェッリ|year=2019|title=すごい物理学講義|publisher=河出文庫|page=263}}</ref>。

==再評価==
標準[[ビッグバン]]宇宙モデルの初期条件を説明する[[宇宙のインフレーション]]モデルは、宇宙の初期に時空が[[指数関数]]的な膨張を遂げた、とするモデルであるが、その原理は、宇宙項の存在に相当する[[真空のエネルギー]]の存在である。

近年、遠方の[[超新星]]の観測結果および宇宙マイクロ波背景放射（[[宇宙マイクロ波背景放射|宇宙背景放射]]）の観測結果などから、我々の宇宙は現在、加速的に膨張していることが明らかになってきており、加速膨張を説明するメカニズムとして、宇宙項の存在が支持されている。<!-- 宇宙定数は厳密には0ではなく微小ではあるがある値を持つのではないかと考えられている。--> 宇宙定数の源の有力な候補としては[[真空のエネルギー]]などが挙げられ、これを仮定すると宇宙定数の大きさは、[[自然単位系]]で評価して[[ナイーブ]]には1の程度になる。しかし、観測的には<math>10^{-120}</math>以下であることが分かっており、この矛盾を埋めるメカニズムは現代宇宙論の未解決問題のひとつになっている。最近では、宇宙の加速膨張を担うものとして、宇宙項の可能性を含め、[[ダークエネルギー]]と総称することが普通になっている。
{{Gallery
|Image-CMB Timeline300 (ja).png|Sketch of the [[timeline of the formation of the Universe|timeline of the Universe]] in the [[Lambda-CDM model|ΛCDM model]]. The accelerated expansion in the last third of the timeline represents the [[scale factor (cosmology)|dark-energy dominated era]].
|Lambda-Cold Dark Matter, Accelerated Expansion of the Universe, Big Bang-Inflation.jpg|Lambda-CDM, accelerated expansion of the universe. The time-line in this schematic diagram extends from the Big Bang/inflation era 13.7 Byr ago to the present cosmological time.
}}

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
<references /> 

== 参考文献 ==
* 佐藤勝彦 アインシュタインの宇宙　最新宇宙学と謎の「宇宙項」（[[角川学芸出版]] 2009年）

==関連項目==
*[[一般相対性理論]] -- [[アインシュタイン方程式]]
*[[アルベルト・アインシュタイン]]
*標準[[ビッグバン]]宇宙モデル -- [[インフレーション宇宙]]モデル -- [[真空のエネルギー]]
*[[ダークエネルギー]]
*[[真空期待値]]

==外部リンク==
*{{Wayback|url=http://www.scholarpedia.org/article/Cosmological_constant |title=Cosmological constant |date=20071217112234}} - [[スカラーペディア]]百科事典「宇宙定数」の項目。

{{アルベルト・アインシュタイン}}
{{Normdaten}}
{{DEFAULTSORT:うちゆうていすう}}
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[[Category:宇宙論]]
[[category:一般相対性理論]]
[[category:物理定数]]
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