3.19 重力偏向と物質中の屈折 ― 背景幾何と媒質応答の境界

目次 ／ 第3章：巨視的宇宙 (V5.05)

I. 要点（読者のための見取り図）

• 重力偏向では、光は「より張った」背景の中を幾何学的に長い経路で進みます。大質量体の近傍では背景の張力が高まり、局所の伝播上限も上がるため、光線は「張りの強い側」へ曲がります。ただし経路が伸びるので、総所要時間は増えがちです。効果は無色分散で、光子や重力波など複数のメッセンジャーに共通します。
• 物質中の屈折では、光が束縛電荷と繰り返し結合し、実効速度が下がって分散が生じます。色によって曲がり方が異なり、吸収・散乱・パルス幅の増大が伴います。経路の変化は界面と物質内部で主に起こります。

II. 主要な違い（分水嶺を示す4枚のカード）

1. 分散の有無
   • 重力偏向：無色分散。全帯域がそろって曲がり、同時に遅れます。
   • 物質中の屈折：強い分散。青と赤で屈折角が異なり、パルス到着の順序が広がります。
2. 遅れの起源
   • 重力偏向：局所の上限は速くなっても経路が曲がり長くなるため、総行時は経路延長項が支配的です。
   • 物質中の屈折：停止‐再放射サイクルで実効的に遅くなり、吸収や多重散乱が遅延を増やします。
3. エネルギーとコヒーレンス
   • 重力偏向：幾何の変化が主でエネルギー損失は無視できます。干渉のコヒーレンスも保たれやすいです。
   • 物質中の屈折：吸収や熱雑音、脱コヒーレンスでパルスが広がり、干渉縞がにじみます。
4. 作用する対象
   • 重力偏向：光子・重力波・ニュートリノなど、同じ幾何ルールで同方向に影響します。
   • 物質中の屈折：物質と結合できる電磁波に主として作用します。重力波はガラスをほとんど「無視」します。

III. 2つの断面図

1. 重力偏向（背景幾何）
   • 場面：銀河・ブラックホール・銀河団の近傍。
   • 見え方：光路が「張りの強い側」へ曲がります。強いレンズでは多重像や弧、弱いレンズではシアーと収束が現れます。
   • 計時：同一源からの複数経路で無色分散の時間差が生じ、帯域全体が「早い‐遅い」と一緒に動きます。
   • 診断：帯域・メッセンジャーをまたいで到着遅延と曲がり角を比較し、変化が一致し比が安定していれば幾何要因と判断します。
2. 物質中の屈折（媒質応答）
   • 場面：ガラス・水・プラズマ雲・ダスト層など。
   • 見え方：屈折角が波長に依存し、反射・散乱・吸収が伴います。
   • 計時：パルス幅が顕著に増大し、プラズマでは低周波ほど遅れます。明瞭な分散曲線が得られます。
   • 診断：既知の前景物質を差し引き、残差に分散があれば未モデルの媒質を探索します。分散が消え、共通シフトだけ残るなら幾何に戻します。

IV. 観測判定と実務チェックリスト

• マルチバンド同時観測：同一路径の可視・近赤外・電波で共通の曲がり／遅延があり、顕著な分散がなければ重力偏向を第一候補にします。
• マルチメッセンジャー検証：同一イベントの光子と重力波（またはニュートリノ）が同方向・同程度にシフトすれば、原因は媒質分散ではなく背景幾何です。
• 多像差分（強いレンズ）：同一源の像間で光度曲線を相殺し、内在変動を除去します。残差が無色分散かつ相関的なら、幾何による経路差です。
• パルス広がり曲線：到着時刻が周波数とともに系統的に開き、コヒーレンスが下がるなら、媒質の分散と吸収が原因です。

V. よくある誤解への短答

1. 大質量体の近くで光は遅くなりますか？
   • 局所的には伝播上限が高くなります。
   • 遠方視点では経路が長く曲がるため総行時は伸びがちです。扱う量が異なるだけで、矛盾しません。
2. 物質の屈折は重力レンズのふりをできますか？
   広帯域かつ複数メッセンジャーでは困難です。媒質は分散と脱コヒーレンスをもたらしますが、重力レンズは無色分散でマルチメッセンジャーに共通です。
3. 単一バンドだけで判別できますか？
   リスクがあります。マルチバンド＋マルチメッセンジャー＋多像差分の三点セットが堅実です。

VI. 本書の他章との接点

• §1.11 統計的テンション重力（STG）：重力偏向は「勾配に導かれる」直接的な現れです。
• §1.12 テンション背景ノイズ（TBN）：観測では「まずノイズ、次に力」がよく見られ、背景が持ち上がったのち幾何項が強まります。
• §8.4 赤方偏移（Redshift）：長い経路で積み上がる無色分散の周波数・計時シフトは、背景幾何とその進化による「経路項」です。
• §8.6 宇宙マイクロ波背景（CMB）：初期の「板＋現像」像は無色分散の背景効果に依存します。前景の媒質は系統的に剥ぎ取る必要があります。
• なお、本章の議論はエネルギー糸理論（EFT）の**エネルギー糸（Energy Threads）とエネルギー海（Energy Sea）**の図式に容易に重ね合わせられます。

VII. 要するに

• ひと言：重力偏向は道筋そのものを組み替え、物質中の屈折は媒質の内部での「足ざわり」を変えます。
• 確認点：分散、コヒーレンス、多像差分、マルチメッセンジャー整合性。
• 進め方：共通シフトは背景幾何へ、分散に伴う広がりは媒質応答へと割り当て、同一の背景張力マップ上に整合的に重ねます。