クインテッセンス（物理学）

物理学では、クインテッセンスはダークエネルギーの仮説的な形態であり、より正確には重力に最小限に結合したスカラー場であり、宇宙の加速膨張率の観測の説明として仮定されています。このシナリオの最初の例は、 Bharat RatraとJim Peebles (1988) ^{[ 1 ]}およびChristof Wetterich (1988) ^{[ 2 ] [ 3 ]}によって提案されました。この概念は、より一般的なタイプの時間変動ダークエネルギーに拡張され、「クインテッセンス」という用語は、Robert R. Caldwell、Rahul Dave、およびPaul Steinhardt による 1998 年の論文で初めて導入されました。^{[ 4 ]}一部の物理学者によって、5 番目の基本力であると提案されています。^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}クインテッセンスは、動的であるという点で、ダークエネルギーの宇宙定数の説明とは異なります。つまり、定義上変化しない宇宙定数とは異なり、時間とともに変化する。クインテッセンスは、運動エネルギーと位置エネルギーの比率に応じて、引力または斥力となる。この仮説に基づいて研究している人々は、クインテッセンスが約100億年前、ビッグバンから約35億年後に斥力になったと考えている。^{[ 9 ]}

2021年に研究者グループが、ハッブル張力の観測結果は、非ゼロの結合定数を持つクインテッセンスモデルのみが実行可能であることを示唆している可能性があると主張した。^{[ 10 ]}

その名前は、ラテン語のquinta essentia （第五元素）に由来する。中世以降ラテン語でそう呼ばれるようになったこの元素は、アリストテレスが天界の本質だと考えたため、他の4つの古代の古典的な元素に加えた（最初の）元素である。アリストテレスは、これを純粋で精妙な、そして根源的な元素であると想定し、著書『天体論』の中でエーテルと呼んだ。同様に、現代のクイントエッセンスは、宇宙全体の質量エネルギー含有量に対する、既知の5番目の「動的で、時間依存的で、空間的に不均一な」寄与となる。

もちろん、他の4つの構成要素は古代ギリシャの古典的な元素ではなく、「バリオン、ニュートリノ、暗黒物質、放射線」です。ニュートリノは放射線とみなされることもありますが、この文脈での「放射線」という用語は、質量のない光子を指す場合にのみ使用されます。宇宙の空間曲率（検出されていません）は、非動的で均質であるため除外されます。宇宙定数は、非動的で均質で時間に依存しないため、この意味では5番目の構成要素とはみなされません。^{[ 4 ]}

クインテッセンス（Q）は、状態方程式を持つスカラー場であり、 w _{q は}圧力p _qと密度の比である。${\displaystyle \rho }$_{q は}、ポテンシャルエネルギーによって与えられる。${\displaystyle V(Q)}$そして運動項：

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

したがって、クインテッセンスは動的であり、一般的に密度とwqパラメータは時間とともに変化します。具体的には、_wqパラメータは[-1,1]の範囲内で変化します。対照的に、宇宙定数は静的であり、エネルギー密度は固定され、wq = −1_となります。  

クインテッセンスの多くのモデルはトラッカー挙動を示し、RatraとPeebles（1988）およびPaul Steinhardtら（1999）によれば、宇宙定数問題を部分的に解決する。^{[ 11 ]}これらのモデルでは、クインテッセンス場の密度は、物質と放射の等式が成立するまで放射密度に非常に近い（ただしそれより小さい）密度を持ち、クインテッセンスがダークエネルギーに似た特性を持ち始め、最終的に宇宙を支配するようになる。これは自然にダークエネルギーの低スケールを設定する。 ^{[ 12 ]}トラッカー解によって予測される宇宙の膨張率を宇宙論的データと比較すると、トラッカー解の主な特徴は、状態方程式の挙動を適切に記述するために4つのパラメータが必要であることである。[ ^{13 ] [ 14 ]一方、}中期将来データ（2015～2020年の期間）によって最適に制約できるのはせいぜい2つのパラメータのモデルであることが示されている。^{[ 15 ]}

クインテッセンスの特殊なケースとしては、w _q < − 1となるファントムダークエネルギー^{[ 16 ]}や、非標準的な運動エネルギーを持つ k-エッセンス (運動クインテッセンスの略) などがあります。このタイプのエネルギーが存在すると、ダークエネルギーのエネルギー密度が増大するため、宇宙にビッグリップ^{[ 17 ]}が発生し、宇宙の膨張が指数関数よりも速い速度で増加することになります。  

• エーテル（古典元素）
• 幻影の暗黒エネルギー
• クイントム

• Christof, Wetterich (1987-09-24). "宇宙論と膨張対称性の運命". Nuclear Physics B . 302 (4): 668– 696. arXiv : 1711.03844 . Bibcode : 1988NuPhB.302..668W . doi : 10.1016/0550-3213(88)90193-9 . S2CID 118970077 . 
• Ostriker, JP; Steinhardt, P. (2001年1月)「究極の宇宙」サイエンティフィック・アメリカン284 (1): 46–53 . Bibcode : 2001SciAm.284a..46O . doi : 10.1038/scientificamerican0101-46 . PMID 11132422 . 
• クラウス、ローレンス・M. (2000).クインテッセンス：宇宙における失われた質量の探求。ベーシックブックス。ISBN 978-0-465-03741-4。