8.7 ビッグバン元素合成の「唯一の指紋」再考

目次 ／ 第8章 エネルギー糸理論が挑むパラダイム

三つの目的
本節では、**ビッグバン元素合成（BBN）**がなぜ「熱的ビッグバンの指紋」の一つと見なされてきたのかを整理し、その指紋が観測的・物理的に直面する課題を示します。さらに、**エネルギー・スレッド理論（Energy Threads, EFT）**の統一的な見取り図――高い張力が全体としてゆっくり減衰し、テンソル窓で反応条件を切り取る――により、新粒子や寄せ集めの付け足しを用いずに重水素とヘリウムの成功を保ちつつ、リチウム偏差に対する検証可能な言い換えを与えることを説明します。

I. 主流の枠組みが述べること

1. 中核的主張

• 宇宙誕生直後の数分間、熱いプラズマは短い核反応期に入り、重水素とヘリウム（とくに He-4）に加え、わずかなリチウムを合成しました。
• これら軽元素の相対的存在量は、その時点の密度・温度・時間窓にきわめて敏感であり、熱史の堅固な指標とされます。
• のちに 宇宙マイクロ波背景（CMB） や バリオン音響振動（BAO） と組み合わせることで、BBN は「ビッグバン年表」の要となります。

2. 支持される理由

• 強い定量的一致：重水素・ヘリウムの理論予測は観測と高い精度で一致します。
• 拘束力：少数のパラメータで厳しい制限を与え、初期宇宙条件の「定規」として働きます。
• 相互検証：CMB から推定されるバリオン密度などと首尾よく突き合わせられます。

3. どう読むか
   BBN は熱史を支える成功例ですが、「ちょうどよい時間–温度の窓」に依存します。窓がどう定まるか、歴史が一通りか――この問いが、代替の余地を生みます。

II. 観測上の難点と論点

• リチウム問題
  重水素とヘリウムは概ね合致する一方で、Li-7 の観測量は標準予測と長年ずれています。恒星での消耗、系統誤差、新奇な物理の間で説明は揺れ、合意に至っていません。
• 反応率と系統の境界
  要となる核反応率には依然として実験・理論の不確かさが残ります。天体環境や試料選択の違いが系統差を生み、逆問題の復元に影響します。
• 他プローブとの小さなテンション
  CMB や BAO と併用すると、いくつかの組み合わせで小幅ながら体系的なずれが現れ、追加自由度や環境項で調停されがちです。
• 「唯一の指紋」という言い回しのリスク
  BBN を「唯一」と呼ぶと、これらの存在量が熱的ビッグバンでしか実現しないかのように響きます。方法論的には、指紋とは条件への感度であって、歴史の一意性ではありません。

短い結論
重水素・ヘリウムの成功は堅固です。ただし BBN を「唯一の指紋」に据えると、リチウム偏差や系統の境界、プローブ間の微小テンションに対して硬直的になり、再解釈の余地が残ります。

III. EFT による言い換えと読者が感じる変化

ひと言で
指紋を一つの歴史に縛りません。EFT では、高張力だが全体としてゆっくり減衰する初期背景が、テンソル窓を通じて核反応に必要な時間・輸送・混合の条件を与えます。

• 重水素・ヘリウムの成功は その場で 保存されます。
• 窓の縁やフラックスをわずかに調整するだけで、リチウムのずれを和らげられます。
• 新粒子やアドホックな相互作用は導入しません。

直観的なたとえ
初期宇宙を、ゆっくり圧を抜く圧力鍋にたとえます。

• 圧が高いうちは反応が速く、混ざりもよい（輸送の上限が高い）。
• 圧が抜けていくと、「最適な反応期間」は可変バルブのように働き、しきい値付近の小さな設定差で「縁の産物」（リチウム）が少し増減します。
• メインディッシュ（重水素・ヘリウム）は、中心の期間が安定しているため味が変わりません。

言い換えの三つの要点

1. 地位の見直し：唯一ではなく感度
   BBN は強い指紋であり続けますが、唯一の歴史ではありません。窓の条件を鋭敏に記録し、EFT では高張力の緩やかな減衰から自然に定まります。
2. 二つを保ち、一つを整える（D/He を保持し、Li を調整）

• テンソル局所ノイズ（TBN） が小さなゆらぎを供給し、テンソル地形 が緩やかな減衰の間フィルタとして働いて、特定のコヒーレンス尺度を選別・凍結します。
• 重水素・ヘリウムに手を触れず、窓の縁とフラックスの軽いモジュレーションだけで Li の有効収率を変えられます。

3. 一枚の地図を多目的に
   窓の幅と位置、CMB の音響的ディテール、距離・レンズに現れる方向性の残差は、同一のテンソルポテンシャル基盤地図から導かれるべきです。データごとに別々の「パッチ地図」は不要です。

検証可能な手掛かり（例）

• 主菜は安定： 系統をより厳密にし、試料を洗練しても D/He は安定のはずです。
• リチウムの弱い向き： Li-7 の残差が、テンソル地形図の弱い配向と低振幅で相関します。
• 連鎖の整合： EFT の窓を微調整して CMB の微細構造や BAO 尺度を動かすとき、Li の調整も同じ方向を指すはずです。
• 環境の追随： 異なる大規模構造環境で測る軽元素（とくにリチウム）のごく小さな差が、統計的に同一の傾向を示します。

読者にとっての変化

• 視点：BBN は「唯一実行可能な歴史」の判子ではなく、「窓条件に敏感な高精度レコーダー」として捉えます。
• 方法：リチウムのずれを「誤差／新物理」に押し込まず、同一の基盤地図から方向整合と環境追随の小さな模様を検証します。
• 期待：一度で完璧に収束させる神話は追いません。むしろ、CMB/BAO の細部と同方向にそろう「二つ維持・一つ調整」の再検証可能な前進を期待します。

セクションまとめ
BBN を「唯一の指紋」と呼ぶと、成功と硬直が結び付いてしまいます。EFT はそれを 窓に敏感な熱的記録 として言い換えます。

• 重水素・ヘリウムは中心期間の安定性ゆえに保たれ、
• リチウムは窓の縁で自然に整い、
• 一枚の テンソルポテンシャル基盤地図の上で CMB、BAO、距離、レンズと整合します。残差は重荷ではなく手掛かりに変わります。