質問: 膨張を続ける宇宙 そのどれであるかは、物質密度が臨界密度よりも大きいか、等しいか、小さいか、ということによって決まる。そして、普通に観測される物質は、臨界密度にはとても足りない(物質:約4%)。ダークマターを足しても、まだ臨界密度には到底届かない(暗黒物質:約23%、計27%)。 そうすると、答えはbになるのではないかと思うのですが、一方で、「曲率:3%以下」ということで、答えはほとんどcに近いと言われているようにみえます。この関係が、私にはよく分かりません。物質と暗黒物質の合計が100%から程遠いのに、曲率が0に近いというのは、どういうことでしょうか。どのように整合しているのでしょうか。この比率は、臨界密度(に対応する質量)に対する、物質や暗黒物質の質量の比率ということではないのでしょうか。 さらに、宇宙定数:約73%というのはどういう意味なのかが分かりません。以上を合計すると100%になりますが、この比率は何の比率なのでしょうか。物質や暗黒物質については、臨界密度との関係で、その何%の質量が宇宙にあるのかという意味ではないかと思っていたのですが、宇宙定数は質量とは反対方向に働く力ですから、質量と同じ平面に並べて、その比率を求めるようなものではないように思うのですが、いかがでしょうか。もし並べるなら、マイナスの符号をつけるべきもののようにも思えてしまいますが、私がしている勘違いはどこなのでしょうか。
回答: 曲率が0(k=0)であることは、cobeなどによる観測から得られた結果です。 一方で、ご存じかと思いますが、アインシュタイン方程式に空間の一様等方性を課したフリードマン方程式から、 1=ω(物質)+ω(輻射)+ω(曲率k) であることが示唆されています。ω(?)とは、宇宙に存在する?の密度を臨界密度で割った量です。 質問にもあるように、観測される物質の量は、臨界密度にはとても足りない27%ので、一般相対性理論と観測とを正しいと信じるならば、何か未知のエネルギーがこの宇宙には存在しなければなりません。それを、ダークエネルギーと呼んでいますが、まさにこれが宇宙項の役割をします。 1=ω(物質)+ω(輻射)+ω(宇宙項)+ω(曲率k)=0,27+0.73+0+0 遠方にある超新星の観測(98年)から、宇宙項の存在がほぼ確実とされています。