5.15 質量とエネルギーの相互変換

目次 ／ 第5章：微視的粒子 (V5.05)

導入
エネルギー糸理論（EFT）では、質量はエネルギーの海（Energy Sea）の中で自立して結ばれた糸の「貯蔵エネルギー」であり、エネルギーはその海を走る位相のそろった波束です。相互変換とは、結び目を解いて波に戻すか、波から糸を引き出して結び目を閉じることを指します。同一の張力環境では交換比は一定で、環境をまたぐ比較では局所張力で時計と物差しを再定標します。

I. 「質量 → エネルギー」—信頼できる例（結び目が波へ解ける）

• 粒子・反粒子の消滅： 電子と陽電子が糸を海へ返し、ほぼ全エネルギーを二本の光子に放出します。多くの短寿命メソンの崩壊も同じ仕組みです。
• 励起状態の弛緩（コヒーレンスの喪失）： 励起された原子・分子が省エネの構造へ戻り、差分だけ光子を出します。スペクトル測定とレーザー媒質の基本です。
• 核反応の質量欠損： 核融合は核子をより安定な構造へ「編み」、全質量を減らします。核分裂は「張り過ぎ」の構造を書き換え、余剰を中性子・γ線・破片の運動エネルギーに振り向けます。
• 高エネルギー崩壊・ジェット： 重粒子は速やかに解体し、構造エネルギーを多数の軽粒子と放射へ渡します。エネルギー収支は明快です。
  共通像： 安定／準安定の構造が書き換わり、蓄えたエネルギーが波束と軽粒子に戻る――結び目が波へほどける。

II. 「エネルギー → 質量」—信頼できる例（波が結び目へ閉じる）

• 強クーロン場での対生成： 高エネルギーγ線が重核近傍で場に捕まり、e⁻e⁺対へ変わります。入力は場のエネルギー、出力は静止質量を持ちます。
• 二光子・強場での対生成： 高エネルギー光子の衝突や超強力レーザーと電子ビームの相互作用が閾値を越え、電荷対を生みます。超周辺重イオン衝突では明瞭に観測されます。
• 衝突型加速器での重粒子生成： ビーム運動エネルギーが微小な時空体積に凝縮し、糸が一気に引き出され短時間で閉じ、W・Z・トップ・ヒッグスが現れて崩壊します。
• 「底雑音」を実在光子に増幅： 動的カシミール効果と自発的パラメトリック下方変換は、入力信号なしに相関光子対を生みます。零点揺らぎが外部ポンピングで閾値を越える証拠です。
  共通像： 外部供給や幾何の再設定が局所の張力・コヒーレンスを核形成閾値の上へ押し上げ、短命な半結びを実在の結び目にします。

III. 現代物理はどこまで説明しているか
場と量子揺らぎの言葉で、確率・角分布・生成率・エネルギー保存は高精度に予測でき、応用上は大成功です。ヒッグス機構は多くの粒子の静止質量をパラメータ化します。ただし、揺らぎの実体は何か、真空はなぜこう揺らぐのかといった像の問いには、抽象と公理が優先され、材料的なメカニズム図は強調されません。

IV. EFT が与える構造メカニズム
海は張ったり緩めたりできる連続媒質、糸は海から引き出され輪へ閉じ得る「材料線」です。

• 質量 → エネルギー：糸を海へ返す。 自立条件が崩れる（張力が強事象で再書換、相位ずれ、外圧過大）と結がほどけ、エネルギーは低インピーダンスの廊下へ波束として流れます。
• エネルギー → 質量：糸を引き出して核化。 外場や幾何が局所張力を上げ、供給が持続し相位がロックされると、海は糸を引き出して閉環を試みます。大半は半結びで消えますが、少数が閾値を越え粒子として定着します。
• 交換と定標： 同一環境なら交換比は一定。異なる環境を比べるときは局所張力で再定標します。
  この「材質図」は、相互変換を 閾値到達・再結合の仕方・最小抵抗経路という三つの具体的な問いに落とし込みます。

V. 二つの言語を突き合わせる（例）

• e⁻–e⁺消滅 — 場: 光子がエネルギーを運ぶ。糸と海: 逆巻きが解け、光のビームとして離脱。
• 重核近傍でのγ→対生成 — 場: γ → e⁻e⁺。糸と海: 核が張力を閾値超に引き上げ、波が対として閉じる。
• 二光子／強場 — 場: 集中エネルギーが閾値を越える。糸と海: 二つの供給が位相ロックし、半結びを閾値の向こうへ押す。
• コライダー生成 — 場: ビームエネルギーが新粒子に凝縮。糸と海: 極短時間の高張力バブルが太い糸を引き出し、重い結びを閉じてすぐ分解。
• 動的カシミール & 自発下方変換 — 場: 揺らぎ → 実在光子。糸と海: 境界とモードの急速再設定が、半結びを捕捉・増幅する経路を開きます。

VI. 共有の検証指紋

• エネルギー収支の完結： 事象単位・標本単位の両方で帳尻が合う。
• 閾値と傾き： 核化・解体の双方に可測の立ち上がりがあり、局所張力と供給強度で系統的に変化。
• 偏光と位相の共変： 経路や環境が配向張力を回すと、生成物の偏光・位相相関も同期して回る。
• チャネル選好： 「低インピーダンスの廊下」方向で発光や対生成が起きやすく、空間分布はチャネル形状に整合。

要するに

• 現代物理は質量とエネルギーの可換性をすでに定量化し、実験も繰り返し裏付けています。
• しかし、真空がなぜ揺らぎ、エネルギーがどう粒子になるのかという像は抽象的なままです。
• EFT は視覚的な仕組みを与えます。海は糸を引き出し、糸は結びに閉じる。閾値未満は半結びと底雑音、閾値越えは検出可能な粒子、結びが不安定なら糸は海へ戻る。
• 二つの言語は観測の重なる領域で一致します。違いは、材質と経路抵抗まで説明するかどうかです。この図を使えば、各実験でどの海域が張り、どの経路が滑らかで、どの段で核形成閾値を越えたかを指差しでき、なぜ波が質量になり、質量が波へ還るのかと言えるのです。