暗黒エネルギーとは (アンコクエネルギーとは) [単語記事]

暗黒エネルギー（ダークエネルギー）とは宇宙における存在の大半を占める謎の力。その力は宇宙を際限無く膨張させ、その力は宇宙の末路すら左右する。

概要

天文学者エドウィン・ハッブルによって発見された宇宙の膨張、それは同時に宇宙が無限小の点からの大爆発によって生じたとするビッグバン理論を生み出すこととなった。だが多くの学者は宇宙の膨張は永遠には続かないと考えていた。銀河同士に働く重力によって宇宙はやがて膨張から収縮へと転じ、最後は宇宙の全てがビッグバンと同じ無限小の点にまで押しつぶされるという「ビッグクランチ」によって宇宙は終末を迎えるものと信じていたのだ。だが、確証はなかった。

1990年代になって宇宙の膨張の度合いを時代別に正確に測りなおそうという試みが行われるようになった。まず銀河の年齢を割り出すこと。これは地球からの正確な距離を測ることで行われる。手法としてはまずIa 型超新星と呼ばれる爆発現象を探し出すこと。Ia 型超新星はその絶対的光度がどれも一定なため、見かけ上の明るさがわかれば地球からの距離を割り出すことができる。銀河の年齢はこれで判明する。つぎに超新星の発見された銀河の赤方偏移、つまりスペクトルの赤側へのズレを観測する。これでその銀河がどれだけの速度で地球から遠ざかっているかが判明する。これで銀河のあった時代の宇宙の膨張の度合いがわかるのである。

700をも超える超新星を観測して得られた結果は驚くべきものだった。宇宙の膨張は減速しておらず、むしろ加速していたのだ！　これは何らかのエネルギーがあたかも反重力のように働いて宇宙を押し広げているとしか言い用がなかった。このエネルギーはとりあえず暗黒エネルギーと呼ばれることとなった。ところがこのエネルギーの存在を予言した男がいた。

その名はアルベルト・アインシュタイン。重力によって宇宙のすべてを解き明かそうとした彼は宇宙の成り立ちを記述するいわゆる「宇宙方程式」をあみ出した。だがこの方程式に従うと宇宙は膨張するかあるいは収縮するかのいずれかの状態にしかならなかった。宇宙は永遠に定常であるだろうという美学的な信念があったアインシュタインは自らあみ出した宇宙方程式に膨張や収縮に抗う力「宇宙項」を付け足した。後にハッブルによる宇宙の膨張が発見され彼は悔やむことになるのだが、この宇宙項こそ暗黒エネルギーを表す値であったわけである。

性質

暗黒エネルギーは宇宙空間の遍くすべてを満たしており「真空のエネルギー」とも呼ばれる。その力は銀河同士のスケールでのみ働き、銀河内部以下のスケールまでは及ばない…今のところ。そしてそのエネルギー密度は常に一定である。つまり宇宙が膨張してその体積が増えれば増えるほど暗黒エネルギーは際限なく増していくのである！　まるで誰かが息で風船をふくらませるかのように。

宇宙が始まって間もないころはその体積が小さかったため、暗黒物質の重力が暗黒エネルギーの膨張力を押さえ込んでいた。だが宇宙の体積がある値を超えた時から暗黒エネルギーが暗黒物質の重力を上回り、宇宙は加速度的な膨張を始めたのである。現在では宇宙論による予測と観測による結果から暗黒エネルギーは宇宙の全存在の70%を占める。残りの25%は暗黒物質が占め、見える物質、我々の知りうる物質は全体の5%に満たない。

宇宙の末路

暗黒エネルギーは宇宙の末路を左右する。幾つかあるシナリオの中で最悪のものは暗黒エネルギーの密度が時間と共に増えていくというものである。そうなるとそれまで銀河同士でのみ働いていた暗黒エネルギーの膨張力がやがて銀河内スケールへ、太陽系内スケールへ、惑星内スケールへと及ぶようになり最終的には自然界の４つの相互作用（重力・電磁気力・弱い核力・強い核力）を上回って宇宙の全存在が素粒子のレベルにまで引き裂かれる所謂「ビッグリップ」と呼ばれる現象であるが、これはまず起こらないだろうというのが科学者の予測である暗黒エネルギーの密度が増していく兆候は今のところ見られないからだ。

だがビッグリップが起こらなかったとしても宇宙の未来は明るいものではない。暗黒エネルギーの際限なき膨張力は銀河の間をついには超光速の域にまで押し広げ、天の川銀河はやがて孤独な存在となるだろう。そして星の生成と死を繰り返すうちにやがて銀河内の水素ガスは尽き、新しい星はつくられなくなる。銀河内の星は重いものから順に滅んでいき、銀河内はやがてブラックホール、中性子星、白色矮星、赤色矮星のみになっていく。赤色矮星は数兆年で燃え尽き、白色矮星もまた冷えて燃え殻と化す。そしてこれらは大統一理論が齎す最後の破局、陽子崩壊によって完全に消滅する。残る中性子星とブラックホールは互いに飲み込みあい、銀河はやがて巨大なブラックホールばかりが集まる集団となる。だがブラックホールも永遠の存在ではない。その間も暗黒エネルギーによる宇宙の膨張は続き、その温度は下がり続けていく。そしてその温度がブラックホールの温度を下回ったとき、ブラックホールの蒸発が始まる。ブラックホールは小さい順から次々と蒸発し、最後は爆発して消滅する。このころになると宇宙における時間と空間を図る指標が消えて行くため時空は次第に曖昧な存在となる。そして最後のブラックホールが消えると宇宙に残されるのは電子、ニュートリノ、光子、重力子のみとなる。ボソンである光子と重力子は粒子としての実体を失い、巨大な一つの電磁場、重力場になる（ボース・アインシュタイン凝縮）フェルミオンである電子とニュートリノは低いエネルギーレベルの合間でひしめき合い、中にはパウリの排他律で飛び出す粒子もあるだろう（フェルミ凝縮）。そしてついに宇宙の温度は限りなく絶対零度に近づく。だが完全なゼロにはならない。ハイゼンベルクの不確定性原理により空間も時間もない完全な「無」は存在しないからだ。やがて宇宙はビッグバンの前と同じ、曖昧な時空とエネルギーの量子ゆらぎのみが存在する「無」へと帰っていく。