この画像を大きなサイズで見る最新の研究によって、アインシュタインの一般相対性理論が遠方の銀河でも正しいことが初めて確認された。
これは重力に関する現在の理解を支持し、また間接的にしか知ることができないダークマターやダークエネルギーの存在を裏づけるさらなる証拠となる。
古典物理学の金字塔「一般相対性理論」
1916年、アルベルト・アインシュタインによって発表された一般相対性理論は、重力が時空という概念から生じる仕組みを説明する。簡単に言うと、物体の質量が時空を曲げる量を予測する理論だ。
この画像を大きなサイズで見る発表以来、同論は太陽系内で何度も検証されてきた。だがイギリス・ポーツマス大学の天文学・重力研究所のトーマス・コレット氏らによる今回の研究は、世界初となる天文学的スケールにおける相対性理論の検証だ。
世界初となる天文学的スケールでの検証
NASAハッブル宇宙望遠鏡とチリにあるヨーロッパ南天天文台の大型望遠鏡から得られたデータを用いることで、遠く離れた銀河においても、理論的に予測される通り、重力が太陽系におけるものと同じように振る舞うことが明らかにされた。
一般相対性理論の検証は、ダークマターとダークエネルギーの存在を裏づける新たな証拠にもなる、とコレット氏は話す。ダークマターとダークエネルギーは、宇宙論の標準モデルに存在する「変わりもの」だ。
この画像を大きなサイズで見るハッブル宇宙望遠鏡がとらえた銀河のLRG 3-757からの重力レンズ
image credit:ESA / Hubble＆NASA
標準モデルとは、宇宙において基本的な力と粒子がどのように働き、相互に作用するのかを説明する理論で、私たちが観察したり、実験したりした内容を記述する。
しかしダークマターとダークエネルギーについては理解が乏しく、現在の宇宙論における最大の謎となっており、ひいては標準モデルの信憑性を疑わせる結果にもなっている。
ダークマターとダークエネルギー
コレット氏によると、標準モデルにおいて、ダークマターは銀河を周回する星の速さを説明するために、ダークエネルギーは宇宙の膨張が加速している理由を説明するために必要とされる。
一部の学者からは、標準モデルのダークマターとダークエネルギー抜きで説明を試みる代替の重力理論も提案されている。
この画像を大きなサイズで見るしかし、今回太陽系外でも太陽系内と同じように重力が機能することが明らかになったことで、今のところ重力の理解は正しく、ダークマターとダークエネルギーは標準モデルにおいても適切と考えて差し支えないようだ。
コレット氏は、今回の発見がダークマターとダークエネルギーの確固たる証明であるとまでは言っていない。だが、それらが存在することを裏づけるまた別の証拠となるものだ。
研究では、太陽系外で一般相対性理論を検証するために、強力な重力レンズが利用された。重力レンズとは、重い物体（今回の事例では銀河）が光を曲げて巨大なレンズのような役割を果たし、その後ろにある天体が歪む現象だ。
研究では、「ESO 325-G004」という、地球からわずか5億光年先にある最も近いレンズの一つが使われた。
この画像を大きなサイズで見るアインシュタインリング
二つの天体がうまく並べば、「アインシュタインリング」という輪のようなイメージができあがる。その輪の半径は光のたわみに比例しており、半径を測定できる。ここから時空の曲率が分かる。
一般相対性理論は質量によって作り出される曲率を予測しているため、時空の曲率を測定するほかに、銀河の質量も測定された。これは銀河の恒星が移動する速さから計算された。その後で、質量と時空の曲率を比較すると、一般相対性理論から予測される質量であることが確認された。
この画像を大きなサイズで見るつまり、私たちが知る限りは、太陽系の外でさえも一般相対性理論は重力の正しい理論であるということになる。コレット氏のチームは、今後さらに遠くの銀河とレンズを調査して、宇宙のどこでも同じように重力が働いていることを確かめたいと考えている。
研究論文は『Science』に掲載された。
References:.sciencemag / space/ written by hiroching / edited by parumo
なるほどね
俺も前からそうだと思ってたんだ。
今後も重ねて検証が必要、みたいな但し書きがつくっぽい
とりあえず「一般相対性理論は間違ってることは実証済み」とドヤってる人は認めたがらないだろうなー
※6
相対性理論は、これまで沢山の検証がされてきたけど、全部クリアしてるんだよな。だから、今のところは『正しい理論』としか言い様がない。
アインシュタインは凄いよね、IQ的にはそれをしのぐ人物が多く存在するけど、アインシュタインほど多く発明をした人物は居ない
むしろ遠方の銀河で地球の物理学の適応範囲外の可能性があるっていう発想がなかった
※8
空間や時間によって物理定数が変化してるんじゃないかっていう仮説はあるよ。
ダークバリオンは多少検出出来たらしいけど、ダークエネルギーはどうやって検出するんだろうね
重力はどこの銀河にもあると思ってたのでびっくり。
前からそうだろなーって思ってたー（大声）
太陽系の技術で観測したから
太陽系の法則に則って見えるだけよ（屁理屈）
頭の悪い俺からすると、相対性理論が正しいとするならば、同じ宇宙の中にあるほかの銀河では通用しないことの方が不思議だと感じてしまうのだが
※13
一般相対性理論は宇宙の極めて広い範囲で適用できると見なされていると思います。それを実際の観測で補強したということが大きな成果なのだと考えます。
蛇足ですが、相対論が古典物理学の範疇になるのが私にとっては衝撃的！ニュートン力学あたりまでが古典で、それをアインシュタインが塗り替えたとの認識を持っていましたが、古くなってしまったのでしょうね。
※13
例えば地球には生き物が沢山いる。それが常識で他の惑星にも居ると思ったら大間違い、他の惑星をいくら探してもまだ発見できてない。
一般相対性理論も同じで、太陽系では正しい。でもそれを他に適用しても正しいとは限らない。
それが今回の実験で、太陽系外でも(少なくとも実験に用いた銀河系では)正しいかもって事が
少なくとも「重力」に関しては宇宙誕生数億年頃でも現在と同じく作用していた。
宇宙開闢に統一されていた「四つの力」から真っ先に離脱したのも重力と言われているので、他の三つの力が変動していた時期でも重力だけはただしく現在と同じ作用をしていた可能性も出て来たわけだね。
机上の計算で遠い銀河のことまで知る事が出来るとか神かな？
ダークエネルギーは平行宇宙の重力干渉によって生じていると、自分なりに仮説をたてている。
わずか5億光年先……？
？？？？？
そもそも現在の宇宙論が相対論を元に構築されているわけでして
我々が存在している宇宙はどこを切り取っても同じような空間と考えられている
相対論が正しい前提で最新の宇宙科学は進んでいるので、「間違いでした」となると全部ひっくり返してやり直しになるので洒落にならない事態
宇宙定数って結局まちがってなかったってことでいいの？
遠くの宇宙では重力子の量が違うとかダークマターが重力に作用しているなどで、物理法則の根本である重力の強さが違うのではないか…という疑惑が払拭されたというお話か？
ごめん！
やっぱりサッパリ解らん！
宇宙の一様性問題だっけ
これもド素人には逆に不思議だった
宇宙の端と端が同じなのがそんなに変なのかって
重力って空間の歪みの産物であって重力という力は存在しないと思ってたけどどうなんだろ…
※26
今考えられている、もっとも原始的な力は、強い力・弱い力・電磁気力・重力の４つだよ。
重力は重力子という（未発見の）量子を介して、物質に力が伝わると考えられている。時空の歪みはその副産物。
なるほどわからん
そもそも時空についての科学的な定義が俺わかってないや。
アインシュタインを生き返らせて、スパコン貸してみたらどうなってしまうのだろうか
引力、惹かれ合う力、即ち愛！！
自然界の四つの力で言えば引力は弱い力だけれど無限の距離に届くからすごいね！
どんなに離れていても愛は届くんだよ（ただし距離の二乗に反比例します）
科学者ってのは自然に対して謙虚なんだよ。
何せ19世紀の終わりに既存の理論がひっくり返されたばかりだからね。
他ならぬ科学者自身が相対論や量子論の綻びを疑い続けてるし、どこかに綻びがあると良いなと思ってる。
だってタイムマシンや、反重力マシンが不可能なんてつまらないじゃない。
アインシュタインがいた世界といなかった世界では数十年は文明の進歩の違いが出そう。
自ら人生最大の過ちとまで言っていたΛ定数も「実は正しいんじゃね？」って説があるしな
※33
ただしその意義は逆になったけどね。
「宇宙を定常にしたくて入れた項目は、実は宇宙が膨張する為の項目だった」という感じで
なるほど わからん
全然わからん…。太陽系外でも重力が作用するなんて当たり前じゃないの？
ダークマターやダークエネルギー理論が無いと辻褄も合わないんでしょう？
どっちかだけが正しいという事ではな胃と思うんだよね。
故人だからどうにも言えないけど、現代の科学ですら解明できないモノをアインシュタイン博士が解明できたのかってのは結構疑問なんだよね
人類物理学の二つの到達点「相対性理論」と「量子力学」。
この二つは相性が悪く、統合し統一した理論を目指す試みも未だ成し得ていない。偶然か必然か、相性の悪さと同じように相対性理論の生みの親アインシュタインも量子力学を美しくない不完全な理論と批判した。
しかし最近ようやく統合への道筋が少しだけみえてきて、その有力な一つホログラフィック原理では相対性理論が主に扱う重力は実在せず見かけの力だとか、重力の母体とも言えて、宇宙そのものとも言えるこの時空を作り出しているのは『量子もつれ』であるとも導き出されている。
相対性理論と量子力学が統合される時、どちらがメインになってどちらを飲み込むかといえば、主に生き残るのは量子力学の方のように思える。
かつて相対性理論がニュートンの万有引力を内包したように、量子力学が相対性理論を内包するときがやって来るのかもしれない。