トンデモ科学者の疑問；宇宙編１２

今日（2013/04/11）に放送された「コスミック・フロント」フロントを見ていていくつかの疑問がわいてきた。そこで例にょって「トンデモ理論」を展開してみた。

今回のテーマは宇宙の始まりと終わりで、通常物質とダークマター、そしてダークエネルギーが宇宙の終わり方に大きく影響する事を説明していたが、それを聞いているうちにいくつかの疑問がわいてきた。

それは、
１．可観測宇宙138億光年の意味は？
２．ダークマター総量は変化しているのか？
３．ダークマターの実態は？
４．ダークエネルギーの正体は負エネルギーではないのか？
などだ。

１．可観測宇宙138億光年の意味は？
まず、半径138億光年と言われる「宇宙の大きさ」の意味だ。これについては、「一光年＝光が一年に進む距離」と言うよりも、「一光年＝一年」として遠さよりも古さととらえる方が良い。番組中でも「遠くを見ることは過去を見ること」と説明されている。従って「宇宙の大きさが130億光年」は幾何学的な距離ではなく、時間的な距離と解釈すべきだろう。
ところで、一般に、観測可能な宇宙の形は球で表されている。しかし可観測宇宙の限界はユークリッド幾何学的に見ると金平糖のように凹凸のある球形と見る方が良いかもしれない。宇宙の開闢まで、一光年の長さがユークリッド幾何学的に同じである保証がないからだ。理由は、重力場によって光が曲げられるレンズ効果が、真空中の光速がユークリッド幾何学的には必ずしも一定でないことを証明していることによる。そして、宇宙空間の重力場はミクロ的にだけではなく、マクロ的にも均一ではない。したがって、可観測宇宙の限界までの距離は、「光年」では均等であるが幾何学的にはそうではないだろう。

２．ダークマター総量は変化しているのか？
以上の議論から、宇宙は幾何学的に見ると時間的に均一ではない可能性がある。だとすれば観測点によって宇宙の様相が異なる可能性もある。これは言い換えると観測可能な宇宙の範囲が、観測者の位置によって異なる可能性があると言うことだ。
これは宇宙の果てがビッグバンの時点だと言う一般的な説明からは、おかしく見えるだろう。しかし中心と表面を入れ替えて、観測者の位置が宇宙の表面であり、ビッグバンの時点が中心だと考えればさほどおかしな事ではない。この場合、観測する方向を変えることは、表面を移動することと等価になる。
この場合、三次元で考えればビッグバンを中心とする半径130億光年の宇宙は一つしかないが、四次元で考えればいくつでも存在しうる。そしてそのそれぞれは独立した宇宙ではなく、同じ宇宙の可観測範囲が異なる視点に対応づけることができる。そう仮定すれば、膨張速度が変化している事について単純な原因が推定できる。
それは、ダークマター，ダークエネルギーの分布が一様ではなく、かつそれらが流動していると言うことだ。この流動によって、可観測宇宙にダークマターやダークエネルギーが出たり入ったりしていると考える。そうすれば膨張速度が、時間的に一様ではない事を説明できる。またこの考えによれば、通常物質、ダークマター及びダークエネルギーの比率が変化している事の説明も付く。
番組中では、総量の時間的変化については明確な言及がなかった。また、通常物質とダークマター、そしてダークエネルギーの量の変化の理由についても説明がなかった。宇宙外との出入りを否定すれば、相互に変換がある事を想定しなければならないが、それらの可能性の有無についても全く言及がなかった。しかし、我々に見えているのが宇宙の一部に過ぎないとすれば話は簡単になる。

３．ダークマターの実体は？
ダークマターの正体については様々な説が立てられているようだが、その一部は微小ブラックホールかもしれない。
以前何かで紹介されていたが、素粒子より小さいブラックホールも存在しうると言う説がある。これはあまりに小さすぎて素粒子も飲み込めない為、成長もしないのだという。そのような微小サイズのブラックホールは、個別に観測することは不可能だろう。ただ、大量に存在すれば重力によって検知できる可能性はある。これは、直接観測できないがそれによって発生している重力は観測できるというダークマターの特性に一致する。

４．ダークエネルギーの正体は負エネルギーではないのか？
番組中では、ダークエネルギーによって重力に対抗する作用が働いており、ダークエネルギーが（絶対的に、あるいは相対的に）増加していることが、宇宙の膨張速度増大の原因だと説明していた。だとするとダークエネルギーとは負のエネルギーであると考えられる。
通常物質もダークマターも、ともに正の値を保つ質量だ。それ故、この両者の間には引力が働く。しかし引力方程式が示すように、質量が正の物体と質量が負の物体の間では引力が負になる。つまりこれは斥力だ。ダークエネルギーが負のエネルギーであれば、アインシュタインの式；e=mc^2より質量も負になる。これはつまり「負物質」だ。

（注）「負物質」は、エネルギーが正で電荷のみ「正物質」とは逆の「反物質」ではない。また、「負物質」は、「正物質」、「反物質」のどちらとの間でも斥力が働く。従って、存在するとすれば宇宙空間内で偏在化するだろう。

先に述べたダークエネルギーの増大は、可観測宇宙が「負物質」が多い領域に入り込んでいる、あるいは宇宙規模の流動によって「負物質」が可観測宇宙に流れ込んできているとすれば説明できる。宇宙は可観測宇宙だけではない可能性があるのだ。

（注２）通常物質は、重力によって発生する空間の曲率が正であり、負物質は、空間の曲率が負。ただし曲がった空間を通過する光は、どちらも同じ向きに曲げられる。つまり重力レンズ効果は同じだ。

（注３）以前から、この宇宙に「正のエネルギー」しか存在しないことに疑問を抱いてきた。対称性を考えればエネルギーにも正負両方があっても良いのではないかと言うわけだ。正負のエネルギーが同時に存在したとすれば、ビッグバン直後に消滅してしまうと言う指摘もあるだろうが、正負のエネルギーが不均一に生じたため、エネルギーが消滅する前にそれぞれが多い領域でそれぞれの素粒子が生成したと考えればよい。素粒子になってしまえば斥力が働く為消滅しにくくなる。

最後に超特大の「トンデモ理論」を一つ。
エネルギーの値を負にすることは時間を虚数にすることによってもできる。これが何を意味するのかは今のところ分からない（と言うより深く考えてみたことがない）。