3.13 宇宙マイクロ波背景放射：『雑音で黒くなったプレート』から経路と地形の精緻パターンへ

目次 ／ 第3章：巨視的宇宙

用語と範囲
本節では、プレートの起源、模様の刻印、視線上の再加工、超大規模の方向性、そして偏光の二分性を、スレッド・シー・テンソルの像でひと続きに説明します。初期宇宙では 一般化不安定粒子（GUP） が生成と崩壊を繰り返し、その寿命の重なりと牽引が 統計テンソル重力（STG） の地形を形づくりました。崩壊や対消滅で媒質へ戻った弱い波束は重なり、テンソル背景雑音（TBN） を成します。以後は、これら三つの日本語の完全表記のみを用います。概念上の足場として、初出に限り エネルギー・スレッド (Energy Threads) と エネルギー・シー (Energy Sea) を示します。

I. 何を見ているのか
宇宙マイクロ波背景（CMB） は約 2.7 K のほぼ一様な「ネガ」ですが、無地ではありません。温度・偏光のスペクトルには規則的な音響的ピークとトラフが並び、小さな角度ではパターンが柔らぎます。偏光は主成分の E モードと、より弱い B モードに分かれます。さらに非常に大きな角度では、半球非対称や低多重極の整列、「コールドスポット」といった方向性の手掛かりが見えます。
要するに、早期の凍結（地の色と拍）、視線上の再加工（レンズと曇り）、地平線を超える地形（弱い方向性）の三本柱が、連続した物理過程としてつながっています。

II. なぜ地はほぼ黒体なのか：早期のテンソル背景雑音が CMB に「黒化」した理由（仕組みと時間順）

結論から。
初期の「シー」は非常に光学的に厚く、強い結合と散乱により平均自由行程が極端に短い状態でした。そこで一般化不安定粒子が絶え間なく広帯域で低コヒーレンスの擾乱を注ぎ込み—これがテンソル背景雑音—、強結合の「スープ」の中で急速に黒体スペクトルへ引き寄せられます。宇宙が透明になったのち、フォトンがその「プレート」を今日まで運びました。

• 厚い鍋：強結合と強散乱
  フォトンと荷電粒子の相互作用が頻発し、方向や位相差が洗い流されます。ばらけたエネルギーも吸収・再放射を繰り返して平滑化されます。
• 黒化：エネルギー配分と「色味」の同時調整
  周波数の偏りが抑えられ、放射は黒体曲線へ収束します。残るのは単一の温度スケールです。
• 時間順：t_黒化 ≪ t_巨視 ≲ t_デカップリング
  黒化は宇宙の巨視的変化より速く進み、まず地色が整い、その後ゆっくりと保たれます。
• 温度の基準付け
  テンソル背景雑音の総注入量が温度スケールを決めます。「色味」を微調整するミクロの経路が順に凍ると、スケールは固定され、膨張とともに 2.7 K まで冷えます。
• 透明化後も黒体形状が残る理由
  透明化後に加わる経路効果は周波数に依らない（アクロマティック）明るさのオフセットで、黒体形状を崩しません。角度方向の揺らぎだけが上書きされます。
• 高い一様性の由来
  最も「厚い」時代に黒化が進み、方向差は高速交換で洗い落とされました。デカップリング時の微小揺らぎが凍結し、後の再加工は穏やかです。

要するに： テンソル背景雑音 → 急速な黒化 → 単一温度スケールのほぼ黒体の地。CMB の高度な一様性とスペクトルの「理想性」を同時に説明します。

III. 模様はどう刻まれたか：圧縮と反発の呼吸、コヒーレンスの窓（音響的ドラムスキン）

1. 牽引と圧力のあいだで呼吸する
   フォトン・バリオン流体は重力の牽引と圧力の反発の間で振動し、軽く押さえた太鼓の皮のような波紋—音響振動—を生みます。
2. コヒーレンスの窓と標準ものさし
   すべてのスケールが同位相で重なるわけではありません。特定の波長のみが最も強く共鳴し、温度・偏光パワースペクトルに規則的なピーク間隔という「音響ものさし」を残します。
3. 凍結のスナップショット
   デカップリングの瞬間に、どこが圧縮ピークか、どこが希薄の谷か、振幅や拍の密度が一括で記録されます。奇数・偶数ピークの対比は「荷重と走行速度」を写し、バリオン荷重が圧縮ピークを相対的に持ち上げます。
4. 読み解きの要点

• ピーク間隔：伝播上限と幾何学的スケール。
• 奇偶対比：バリオン荷重と反発効率。
• TE の位相：音響の拍が正しく焼き付いたかの検算。

IV. 経路上の「レンズと曇り」：偏向、エッジの軟化、E→B 漏れ（視線上の再加工）

1. 統計テンソル重力は厚くわずかに曲がるガラス

• 小スケールの軟化： ピークとトラフが丸まり、パワーがより大きなスケールへ移ります。
• E→B 漏れ： 主成分の E が経路でねじれ、少量の B が生まれます。
• 共通マップ： B は収束・シア（κ/φ）と正に相関し、小スケールほど強くなります。四点関数のレンズ再構成とスペクトルの軟化量は、同じ地形を同時に制約します。

2. テンソル背景雑音は広帯域のフロスト
   後期の弱く拡散的な雑音は黒体形状を変えず、エッジをさらに柔らげ、E→B の微小な漏れを助長します。強度は活動的な構造の分布と弱く相関しますが、顕著な分散色は生みません。
3. 経路進化（アクロマティックな一括シフト）
   緩やかに進化する大体積の地形を横切ると、視線全体がやや冷えたり温まったりします。合図は多バンドで同符号に動くこと。色の付く前景（ダストなど）と切り分けられます。放射–物質の遷移や、後期の深まり・戻りが寄与し、LSS のトレーサ（φ、銀河密度）と弱い正相関を示すはずです。
4. 再電離という薄いフロスト
   自由電子は小スケールの温度をわずかに平滑化し、大角で E モードを再生します。統計テンソル重力やテンソル背景雑音の寄与と合わせて帳尻を取ります。

判別のチェックリスト：

• 複数バンドで同方向に冷暖 ⇒ 経路進化。
• 小スケールの軟化が大規模構造と共変 ⇒ 統計テンソル重力が主導。
• 顕著な色分散なしにわずかな拡がり ⇒ テンソル背景雑音の残り。

V. 超大規模の織り目と方向性：稜線と回廊の化石

• 向きの選好
  地平線を超える地形に稜線や回廊、谷があれば、最も低い多重極がそろいます。半球差や低 ℓ の整列は、偶然ではなく幾何学的な投影です。
• ブロック状のコールド／ホット
  進化中の地形を貫く視線は、丸ごとやや冷たく、あるいは温かく見えます。積分 Sachs–Wolfe、レンズマップ、距離指標とのクロスで、弱い同符号のこだまが期待されます。
• 黒体形状は壊れない
  変わるのは明るさと向き。色の配合は保たれます。

VI. 偏光の二分法：主脈の E、ねじれと漏れの B

1. E モード（メインプレート）
   デカップリング時の「ドラムスキン」の異方性が散乱で直接刻まれ、温度系列と一対一に呼応する秩序だったパターンになります。TE 相関がその指紋です。
2. B モード（多くは道中で生まれる）
   統計テンソル重力の偏向が E をわずかに B にひねり、テンソル背景雑音がごく小さく後押しします。

• そのため B は弱く、収束・シアとの相関はスケールが小さいほど強まります。
• もし大角で顕著な B が見つかれば、初期の横波（重力波様）の可能性が高まりますが、現在の B を説明するために必須ではありません。

VII. 図の読み方（実務ガイド）

• ものさし： ピーク間隔 ⇒ 音響スケールと伝播限界。
• 荷重： 奇偶対比 ⇒ バリオン荷重と反発効率。TE の位相・振幅で拍を検算。
• 軟化： 小スケールがより柔らかい ⇒ 地形が厚い／雑音が強い。φ マップと四点再構成で共制約。
• 方向： 優先軸や半球差を探り、弱いレンズ／BAO／距離残差と照合。
• 無色性： 多バンド同符号 ⇒ 経路進化。色が付けば前景（ダスト・シンクロトロン・自由–自由）。
• B–κ 相関： 小スケールで強化 ⇒ レンズ優勢。デレンジング後の残留 B はテンソル背景雑音／横波を拘束。

VIII. 教科書との照合：維持と追加（検証の約束）

1. 維持

• 強結合の音響期がデカップリングで凍結する。
• 後期のレンズと再電離が軽く上書きする。

2. 追加／相違

• 地の由来： 近黒体の地は、テンソル背景雑音の迅速な黒化で説明でき、別成分は要らない。
• 軟化の勘定： 小スケールの柔らぎは「統計テンソル重力＋テンソル背景雑音」の合算であり、単一の「レンズ強度」ではない。
• 「異常」の所在： 半球差・低 ℓ 整列・コールドスポットは張力地形の自然な表面模様で、複数データに同符号の反響が出るはず。

3. 検証項目

• 単一の地形マップで、CMB レンズと銀河弱レンズの残差が同時に減る。
• B–収束の相関が小スケールほど増す。
• 無色の経路シフトが多バンドで共に動く。
• コールドスポット方向で ISW／距離／収束に弱い同符号相関が出る。

IX. 系統誤差を分ける：地形・経路 vs 前景・装置

• 無色か有色か： 無色 ⇒ 経路進化。有色 ⇒ 前景（ダスト、シンクロトロン）。
• B–κ クロス： 有意なら統計テンソル重力の偏向は確からしい。なければ装置の偏光リークを点検。
• マルチバンド拘束： 黒体曲線で地の形を固定し、スペクトル残差（μ/y）で後期注入の上限を縛る。
• 四点／φ 再構成： TT/TE/EE の軟化量と整合すれば、同一の地形が位相・振幅・非ガウス性を支配。

X. 検証と見通し（反証可能なチェックと強化策）

• P1｜共有マップ適合： 同じ φ/κ マップで CMB の軟化と弱レンズを同時フィットし、残差の共収束を確認。
• P2｜デレンジング後の残留 B： 広帯域で低コヒーレンスのなだらかな傾き ⇒ テンソル背景雑音の有限寄与。大角の山 ⇒ 初期横波。
• P3｜無色 ISW クロス： CMB と LSS/φ の同符号シフト ⇒ 経路進化を補強。
• P4｜コールドスポットの反響： ISW／距離／収束で弱い同符号応答 ⇒ 地形の遺紋であることを支持。
• P5｜μ/y 上限： さらに厳しい分光上限 ⇒ 後期注入はより小さい。緩い上限 ⇒ その配分を定量化。

XI. 覚えやすい比喩：ドラムスキンと曇りガラス

1. ドラムスキン期： 張力が強い膜に微小な滴（不安定粒子の擾乱）が散り、張りと荷重が拍を刻む。
2. スナップショット： デカップリングがその刹那の模様を焼き付ける。
3. ガラス越しに見る： その後は、わずかにうねる（統計テンソル重力）かつ薄く曇る（テンソル背景雑音）ガラス越しにプレートを見る。

• うねりが模様を丸め、
• 曇りが縁を柔らげ、
• ガラスがゆっくり形を変えれば、色を変えずに領域全体が冷え／温まる。
  これが現在観測している CMB です。

四行サマリー

• 地は雑音から： 早期のテンソル背景雑音が厚いスープで素早く黒化し、単一温度スケールの近黒体を据えた。
• 模様は拍から： 強結合期が整った音響ビート（ピーク–トラフと E）を刻んだ。
• 道中の小手術： 統計テンソル重力が丸めて E→B を生み、テンソル背景雑音がさらに柔らげ、経路進化が無色のずれを残す。
• 大スケールは「悪いデータ」ではない： 半球差・低 ℓ 整列・コールドスポットは張力地形の遺紋で、他観測にも反響が出る。

結論
「雑音で黒くなったプレート＋張力地形の影＋道中の軽い上書き」という統一像により、教科書の音響ピークの要点を保ちながら、軟化、B モード、方向性、そしていわゆる異常に検証可能な物理的居場所を与えます。尺度、荷重、軟化、方向、無色シフト、B–κ 相関、デレンジング残差という七つの手順で、断片的な特徴を一枚の首尾一貫したテンソル地図へと結びます。