クインテッセンス (宇宙うちゅう論ろん)

物理ぶつり学がくにおけるクインテッセンスとは、観測かんそくされている膨張ぼうちょうする宇宙うちゅうの加速かそくがどの程度ていどを説明せつめいするために仮定かていされたダークエネルギーの一いち形式けいしき。1998年ねんに、物理ぶつり学者がくしゃたちによって重力じゅうりょく、電磁気でんじき力りょく、弱よわい力ちから、強つよい力ちから以外いがいの基本きほん的てきな第だい5の力ちからとして提案ていあんされた。クインテッセンスは、時間じかんの経過けいかに関係かんけいなく一定いっていである宇宙うちゅう定数ていすうとは異ことなり、それ自身じしんがダイナミックであり時間じかんの経過けいかとともに変化へんかする。

クインテッセンスは、運動うんどうエネルギーとポテンシャルエネルギーの比ひによって求心きゅうしん的てきに働はたらいたり（＝引力いんりょく）、反発はんぱつ的てきに働はたらいたり（＝斥力せきりょく）することができるとされる。具体ぐたい的てきには、クインテッセンスはおよそ10億おく年ねん前まえ（宇宙うちゅうの年齢ねんれいはおよそ138億おく年ねんである）に反発はんぱつ的てきになり、その結果けっか宇宙うちゅうの膨張ぼうちょうが加速かそくしたと考かんがえられている。

スカラー場じょう

クインテッセンスは w_q の状態じょうたい方程式ほうていしきを持もったスカラー場じょうであり、この圧力あつりょく p_q と密度みつど $\rho$_q の比ひはポテンシャルエネルギー $V(Q)$ と運動うんどうエネルギーの項こうによって下記かきのように表あらわされる；

$w_{q}=p_{q}/\rho _{q}={\frac {{\frac {1}{2}}{\dot {Q}}^{2}-V(Q)}{{\frac {1}{2}}{\dot {Q}}^{2}+V(Q)}}$

すなわち、クインテッセンスは一般いっぱんには密度みつどをもつため、w_q は時間じかんの関数かんすうとなり動的どうてきである。対たいして、宇宙うちゅう定数ていすうは エネルギー密度みつどは固定こていされ、w_q = −1 となり静的せいてきである。

”トラッカー”の挙動きょどう

クインテッセンスのモデルの多おおくがトラッカーと呼よばれる振ふる舞まいをする。ポール・スタインハート et al.(1999年ねん)は、これにより宇宙うちゅう定数ていすう問題もんだいを部分ぶぶん的てきに説明せつめいした。

これらのモデルでは、クインテッセンス場じょうの密度みつどは、物質ぶっしつと放射ほうしゃが等ひとしくなる放射ほうしゃ密度みつど（あるいはそれ以下いか）まで近ちかづいていく。すると、今度こんどはこれをトリガーとしてダークエネルギーのような特徴とくちょうを持もち始はじめ、ついにはこれが宇宙うちゅうでの主要しゅような特徴とくちょうとなる。当然とうぜんながらこれはダークエネルギーのスケールを小ちいさくする。

宇宙うちゅう論ろん的てきデータで”トラッカー”の方法ほうほうが予測よそくする宇宙うちゅうの拡大かくだい率りつを比較ひかくすると、”トラッカー”が状態じょうたい方程式ほうていしきの振ふる舞まいを適切てきせつに説明せつめいするには4つのパラメータが必要ひつようというのが大おおきな特徴とくちょうとなる。。

ところが、最大さいだいでも2値ちでよいモデルが近ちかい将来しょうらい（2015年ねん初はじめから2020年ねんころまで）に得えられるデータによって最適さいてきとされるだろうということが示しめされている。

具体ぐたい的てきなモデル

ある特別とくべつな場合ばあい、w_q < −1 ではクインテッセンスはファントムエネルギーを表あらわす。

ここで、”k-エッセンス”（運動うんどうエネルギー的てきクインテッセンスを略りゃくしたもの）という運動うんどうエネルギーの非ひ標準ひょうじゅんな形かたちを考かんがえると、これが存在そんざいする場合ばあいはダークエネルギーのエネルギー密度みつどが大おおきくなっていくために宇宙うちゅうがビッグリップを起おこす要因よういんとなる。それは宇宙うちゅうの膨張ぼうちょう率りつが指数しすう関数かんすう以上いじょうに高速こうそくに増大ぞうだいしていくからである。

用語ようご

この宇宙うちゅう論ろん用語ようごは古代こだいギリシャにおける古典こてん的てきな要素ようそ分類ぶんるいに因ちなんでいる。当時とうじ、”純粋じゅんすいな”第だい5の物質ぶっしつ（羅ら: quinta essentia、”クインタ・エッセンシア”)”であるエーテルが、地球ちきゅうの向むこうのはるか宇宙うちゅうを満みたしていると考かんがえた。これと類似るいじさせて、現代げんだいの”クインテッセンス”は全ぜん宇宙うちゅうに含ふくまれるすべての物質ぶっしつとエネルギーを表あらわすための5番目ばんめに知しられたものである。（現代げんだい解釈かいしゃくにおける他たの4つは、古代こだいの思想しそうとは異ことなっている。）

参照さんしょう

もっと読よむには

• Ostriker JP, Steinhardt P (January 2001). “The Quintessential Universe”. Scientific American 284 (1): 46–53. doi:10.1038/scientificamerican0101-46. 

外部がいぶリンク

• Dark Energy dominates the Universe (recently unavailable link, outreach poster from University of Bonn)
• Dark Energy dominates the Universe
• Quintessence Accelerating the Universe
• Quintessence
• Quintessence model on arxiv.org