空間充填エーテル理論の復活

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エーテルは19世紀の考え方で、証拠によって完全に否定されてきました。
ほな、なんでまだエーテル理論に取り組んでる物理学者がおって、実際2週間ごとにこの話題に関する新しい論文が出てくるんでしょう？
リトルアルバートはこれにすごく混乱してはるみたいですけど、私から説明させていただきます。
エーテルはギリシャ語で、大体「新鮮な空気」という意味です。これは、神々が次の落雷をどこに落とすかを議論しながら天上で吸うてはった空気のことやったんです。後に科学者の間で、空間全体を満たして、力が一つの場所から別の場所へ伝わることを可能にする媒体を指す言葉として使われるようになりました。
例えばニュートンは、重力がエーテルを通じて伝達されるという考えを持っておりました。でも、この考えは特に光、つまり電磁放射が一般的に空虚な空間をどうやって進むんかという問題と密接に結びついていきました。この問題は19世紀初頭に、プリズムや干渉といった光学実験で、光が波として振る舞うことが明確に示された後に浮上してきたんです。
当時、科学者は3種類の波しか知りませんでした。水の波と、空気の波と、物理学者になった時に社会生活に別れを告げる時の手を振る波です。ほな、光が波やったら、何が波打っとんねん？というわけで、それがエーテル、より具体的には発光性エーテルやったんです。エーテルそのものが、物体が動いていない、あるいは物理学者が言うところの「静止」している状態を定義しとったんです。
この考えでは、地球は静止しているわけやなくて、太陽の周りを回る軌道上でエーテルの中をかき分けながら進んで、その一部を引きずっていくとされてました。しかし、もしそんなエーテルの引きずりがあったとしても、光行差という効果があるため、小さいものでなければならんことは既に分かっていました。星の位置は太陽の周りの軌道に沿って変化しますが、エーテルがあれば星の見え方が違ってくるはずなんです。
そして、引きずりが小さいことが分かっていたので、地球上の異なる方向に進む光は、エーテルに沿って進むか、それと垂直に進むかによって、異なる速度で動かなあかんはずでした。マイケルソン・モーリーの実験は、これが間違いであることを見事に証明しました。
光はどの方向でも同じ速度で進みます。静止を定義するエーテルなんてありません。アインシュタインの言う通り、全ての運動は他の何かに対する相対的な運動に過ぎないんです。科学者は、光は波であり、空虚な空間を進み、媒質を必要としないということを受け入れることになりました。でも、エーテルの考えは復活したんです。
今日では、宇宙がビッグバンの名残であるマイクロ波領域の電磁放射で満たされていることが分かっています。この宇宙マイクロ波背景放射はよくこのように描かれますが、実際にはこれらはほんのわずかな変動に過ぎません。それに対して相対的に動いていなければ、全ての方向でほぼ正確に同じ温度、約2.7ケルビンなんです。
地球は宇宙マイクロ波背景放射に対して相対的に動いているので、私たちが動いている方向では温度が高く、反対側では低くなっています。これはCMBダイポールと呼ばれています。言い換えれば、宇宙マイクロ波背景放射は、宇宙に対して「絶対静止」していることの意味を教えてくれるんです。
技術的には、宇宙マイクロ波背景放射は確かに光の進む速度に影響を与えます。なぜなら、星からの光子が宇宙マイクロ波背景放射の光子と実際に相互作用する可能性が極めて小さいからです。しかし、この効果は観測できないほど信じられないくらい小さいものです。
ちなみに、このビデオには理解度をチェックできるクイズが付いています。
宇宙マイクロ波背景放射がアインシュタインの理論と両立可能なある種のエーテルであるという事実は、宇宙がアインシュタインと両立可能な何らかのエーテルで満たされているかもしれないという疑問を投げかけます。
これはアインシュタイン・エーテル理論と呼ばれ、20年前にテッド・ジェイコブソンとデイビット・マッティングリーによって導入されました。元のエーテルと同様に、アインシュタイン・エーテルは静止の意味を定義します。通常は宇宙マイクロ波背景放射と関連していると考えられていますが、必ずしもそうとは限りません。元のエーテルとの違いは、既に否定されている光には影響を与えないということです。
光に影響を与えないというのは、重力的な影響以外の方法では光と相互作用しないという意味です。なぜなら、宇宙における任意の余分な物質と同様に、アインシュタイン・エーテルには重力的な効果があるからです。実際、ダークエネルギーを簡単に模倣することができ、ダークマターさえも説明できると主張する人もいましたが、後者は満足のいく結果を得るのが難しいことが分かりました。
これが、2週間ごとに論文が発表されている理由です。これは、アインシュタイン・エーテルが重力レンズや超銀河構造などの観測とどの程度うまく適合するかを理解しようとしている物理学者たちからのものです。
ほな、この新しいエーテルがダークエネルギーとダークマターを説明できるんやったら、なんでそれを代わりに使わへんのでしょう？それは、数学的にダークエネルギーとダークマターを使うよりも有利ではないからです。アインシュタイン・エーテルはかなり柔軟なモデルで、多くの種類のエーテルがあります。十分なパラメータがあれば、どんなデータにもフィットさせることができます。基本的に、それを信じる良い理由が欠けているんです。
ダークマターと同様に、物理学者はアインシュタイン・エーテルを直接探そうとしてきました。このエーテルが標準模型の粒子と相互作用するなら、観測可能な結果が得られるはずです。電子が自発的に光子を放出したり、スピンに応じて粒子が異なる速度で減速したりする複屈折と呼ばれる効果など、通常は不可能なプロセスが可能になるかもしれません。
そして、予想通り、そのようなものは何も観測されていません。これはその考えを否定するものではありません。ただ、アインシュタイン・エーテルが存在するとしても、ダークマターと同じように厄介で、その秘密を明かしたがらないということです。
要約すると、はい、エーテル理論は今でも存在しており、はい、データと両立可能です。しかし、1世紀前に否定されたエーテルとは同じものではありません。新しいアインシュタインと両立可能なエーテルは、ダークエネルギーやダークマターの代替案かもしれませんが、現時点では特に優位性はありません。
私には、物理学そのものがアイデアのエーテルを通って動き、学術雑誌の虚空を通じてそれらの一部を引きずっていくという理論があります。これは結局、ユーモアは常に観察者に対して相対的であることを証明しています。
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