[論文レビュー] Why all these prejudices against a constant?

Eugenio Bianchi, Carlo Rovelli|arXiv (Cornell University)|Feb 21, 2010

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 18被引用数 76

ひとこと要約

この論文は、宇宙の加速膨張を説明するための単純で根拠のある説明として、宇宙定数が存在することを主張している。これは、ダークエネルギーが根本的な謎であるという広く受け入れられている認識に挑戦するものである。論文は、アインシュタインの『最大の過ち』、一致問題、真空エネルギーの不一致といった、宇宙定数に対する反論が、歴史的または概念的な誤解に基づいていると主張し、加速は一般相対性理論の自然な予測であり、既知の定数を超える新しい物理学の必要がないと結論づけている。

ABSTRACT

The expansion of the observed universe appears to be accelerating. A simple explanation of this phenomenon is provided by the non-vanishing of the cosmological constant in the Einstein equations. Arguments are commonly presented to the effect that this simple explanation is not viable or not sufficient, and therefore we are facing the "great mystery" of the "nature of a dark energy". We argue that these arguments are unconvincing, or ill-founded.

研究の動機と目的

• 物理学および一般大衆の科学におけるダークエネルギーが根本的かつ未解決の謎であるという広く受け入れられた認識に挑戦すること。
• 宇宙定数がアインシュタイン方程式の自然で正当化された成分であり、恣意的または不自然な追加物ではないと主張すること。
• アインシュタインの『過ち』、一致問題、真空エネルギーの不一致といった、宇宙定数解釈に対する一般的な反論を反駁すること。
• 観測された加速が未知の物理学の証拠ではなく、これまで測定されていなかった基本定数の測定であると明確にすること。

提案手法

• アインシュタインが宇宙定数を導入した歴史的文脈を分析し、神話的・『最大の過ち』というナラティブとは対照的に、彼の実際の動機を区別すること。
• 等確率性の仮定と強い宇宙論的原理の仮定を疑問視することで、一致問題を再評価し、適切に定式化すれば、これは実際の問題ではないことが示される。
• 量子場理論（QFT）における真空エネルギーの導出を検討し、宇宙定数が非ゼロであるデSitter時空では平坦空間のQFTが適用できないと主張すること。
• 宇宙定数が真空エネルギー密度に等しくないことを強調し、QFTによる大きな理論的予測が、小さな観測値と矛盾しないことを説明すること。
• 曲がった時空における量子場理論の枠組みを用いて、平坦な時空におけるQFTの直感が非ミンコフスキー的背景では破綻することを示し、仮定される対立が根拠のないものであることを立証すること。
• 宇宙定数がアインシュタイン方程式における自然な項であり、その非ゼロの値は理論的失敗の兆候ではなく、単に測定されたパrameterであると結論づけること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 一般相対性理論においてよく確立された項である宇宙定数が、なぜしばしば恣意的または不自然な追加物と見なされるのか。
• RQ2 宇宙定数を導入したアインシュタインのいわゆる『最大の過ち』の真の性質は何か。また、一般大衆のナラティブとはどのように異なるのか。
• RQ3 いわゆる『一致問題』は、実際の理論的問題なのか、それとも確率と宇宙論的原理に関する誤った仮定に基づいているのか。
• RQ4 量子場理論が予測する真空エネルギーと観測された宇宙定数の値との間の乖離が、宇宙定数解釈に対する有効な反論であると見なせるか。
• RQ5 平坦時空における標準的QFTフレームワークは、宇宙定数が非ゼロの宇宙において、その値を信頼性を持って導出するために適切に適用可能なのか。

主な発見

• アインシュタインが宇宙定数を導入したことは、理論的美的観点から見れば過ちではなく、むしろ1917年に一般相対性理論が膨張宇宙を予測できると認識しなかっただけの、彼の失敗であった。
• 等確率性の仮定と強い宇宙論的原理を避けることで、いわゆる『一致問題』は解消され、これはもともと有効でないことが知られている仮定に基づくものである。
• 量子場理論による真空エネルギーの大きな理論的予測は、観測された宇宙定数の小さな値と矛盾しない。なぜなら、宇宙定数は曲がった時空における真空エネルギー密度に等しくないからである。
• 平坦時空におけるQFTは、宇宙定数が非ゼロのデSitter時空には適用できないため、理論と観測の間の対立は、誤った近似に基づくものである。
• 宇宙の観測された加速は、未知の『ダークエネルギー』物質の証拠ではなく、これまで測定されていなかった基本定数の測定である。この定数は非ゼロであると判明している。
• ダークエネルギーが『人類最大の謎』であるという主張は科学的に根拠がなく、実際の理論的・実験的問題よりもメディアの注目を浴びるためのものである可能性が高い。