8.12 エネルギー条件の普遍性

目次 ／ 第8章 エネルギー糸理論が挑むパラダイム

読者ガイド：
一般相対性理論で広く用いられてきた「エネルギー条件」（弱い・強い・支配的・ゼロ）が、なぜ長く普遍的な制約と見なされてきたのか、観測と物理がどこでその見方を揺さぶっているのか、そしてエネルギー糸理論（EFT）を用いるとそれらをゼロ次近似と統計的な制約へどう位置づけ直せるのかを説明します。あらかじめの公理ではなく、エネルギー海（Energy Sea）とテンソル地形という統一言語で「許されるエネルギーと伝播」を述べ、一般の読者にもたどれるクロスプローブの手がかりを示します。

I. 標準的な見取り図が述べること

1. 中核の主張：
   • エネルギーは負でなく、流れは光速を超えないこと： どの観測者にとってもエネルギー密度は非負であるべきです（弱いエネルギー条件（WEC））。エネルギー流は光速を超えてはなりません（支配的エネルギー条件（DEC））。
   • 重力は全体として「引力的」であること： 圧力とエネルギー密度の組み合わせが幾何を発散させないようにして、全体の収束を保ちます（強いエネルギー条件（SEC））。
   • 光路における最低ライン： 光に沿う経路で観測されるエネルギー密度は、恣意的に負になってはなりません（ゼロ・エネルギー条件（NEC）／平均ゼロ・エネルギー条件（ANEC））。これは特異点定理や収束定理などの大域的結果を支えます。
   • 多くの一般定理を可能にすること： 特異点定理、ブラックホール面積定理、無制約のワームホールや「ワープ」などの外見を排します。
2. 広く支持されてきた理由：
   • 仮定が少なく、含意が強いこと。 微視的詳細が不明でも、幾何や因果に普遍的な制約を与えられます。
   • 計算と証明の道具になること。 物理的外観の可否を大づかみに判定でき、宇宙論・重力分野のガードレールとして働きます。
   • 直観と整合的であること。 エネルギーは正、信号は超光速でない——経験と合います。
3. どう解釈すべきか：
   これらは古典的・点状・有効な制約です。古典的な物質・放射の平均がはっきりしている場面に適します。量子的・強結合・長い経路積分の場面では、点状の断言より平均条件や量子不等式のような穏やかな版へ置き換えるほうが妥当です。

II. 観測で見える難しさと論点

• 負圧と加速の外観：
  初期の「平滑化」と後期の宇宙加速（標準的なインフレーション／ダークエネルギーの物語）は、強いエネルギー条件を破る有効流体に相当します。これを鉄則とみなすなら、追加の実体や精妙なポテンシャル調整が要ります。
• 量子・局所の例外：
  カシミール効果や圧縮光は、有界な時空領域で負のエネルギー密度を許します。これは WEC／NEC の点状解釈と衝突しますが、多くの場合平均／積分の制約（短時間の負は長時間で相殺）には従います。
• フィッティングに現れる「ファントム」：
  距離データが の区間を好むことがあります。形式的には NEC／DEC に触れますが、赤方偏移（Redshift）のすべてを計量膨張に帰す仮定に依存します。視線方向や経路の情報を組み込むと、結論は不安定になります。
• クロスプローブの小さなテンション：
  「正のエネルギー・引力的重力」という単一の見方で、弱いレンズ効果の振幅、強いレンズの時間遅延、距離残差を同時に整合させるには、しばしば自由度や環境項の追加が必要です。点状のエネルギー条件だけでは大局的説明に不足することを示唆します。

短い結論：
エネルギー条件はゼロ次では信頼できるガードレールです。しかし、量子効果・長い伝播経路・方向／環境依存の前では、その普遍性を平均と統計の制約へ格下げし、小さく再現性のある例外の居場所を残すべきです。

III. エネルギー糸理論による言い換えと読者が体感する変化

ひと言の要約：
点状の「エネルギー条件」を絶対の公理とせず、エネルギー糸理論（EFT）はテンソル安定性、局所の伝播上限の保存、**統計的テンソル重力（STG）**の三重の制約で記述します。

• 安定性： **エネルギー海（Energy Sea）**のテンソル状態が、発散的な「無上限の張り」や「無下限の緩み」を示さないこと。
• 上限の保存： 局所の伝播上限、すなわちゼロ次の光速を超えないこと（超光速なし）。
• 統計的制約： 局所・短時間の負の偏差や特異な圧力は、借りて返す形で許容します。ただし、無分散の経路（Path）制約と平均不等式を満たし、全体として裁定取引なし（no arbitrage）であること。

この枠組みであれば、初期／後期の「負圧の外観」、局所的な負のエネルギーパッチ、スケール横断の観測が、単一のベースマップの上で共存し、新しい実体の積み重ねを避けられます。

直観的なたとえ：
エネルギー条件は航海の規則にたとえられます。

• ゼロ次： 海面は全体として張っており、船の最高速は一定です（上限の保存）。「瞬間移動」は起きません。
• 一次： 局所の海況は追い風にも向かい風にもなります（負／正の偏差）。ただし航程と所要時間は平均則に従います（経路と平均の制約）。
• 統計的テンソル重力は海流： 艦隊の密度と速度を再配分しますが、永久機関は作りません。

言い換えの要点（3 点）：

1. 格下げ：点状公理から平均・統計へ。 WEC／NEC／SEC／DEC をゼロ次の経験則とみなし、量子・長経路の場面では無分散の経路制約と平均不等式が前面に出ます。
2. 「負圧の外観」をテンソル進化で説明： 初期の平滑化や後期加速は、真に負圧の神秘的成分を要しません。視線に沿ってテンソルが変化する**経路依存の赤方偏移（Redshift）**と、**統計的テンソル重力（STG）**の穏やかな改写から生じます（8.3／8.5 参照）。
3. 一枚の地図で多用途、裁定取引なし：
   • 同じテンソルポテンシャルのベースマップで、距離残差の方向性ミクロ偏差、弱いレンズの大域振幅差、強いレンズの時間遅延の微小ドリフトを同時に抑えるべきです。
   • データ系ごとに「エネルギー条件の特例パッチ」を要するなら、統一的な言い換えの裏づけにはなりません。

検証可能な手がかり（例）：

• 無分散の制約： 高速電波バーストやガンマ線バースト、クエーサーの変動における到着時刻・周波数偏移の残差が、複数バンドで共に動くはずです。色依存のドリフトが出れば、「進化的経路制約」に不利です。
• 配向の揃い： 超新星やバリオン音響振動の微小な方向差、弱いレンズ収束や強いレンズ遅延の小さな偏りが、同一の優先方向に揃えば、「負圧の外観」がテンソル進化の結果である証左になります。
• 環境への追随： 構造の濃い領域を貫く視線では残差がやや増え、空洞方向では減ります。統計的制約下の借りて返すパターンと整合的です。
• カシミール類似の天文的エコー： 局所的な負の偏差があれば、**積分サックス–ウルフ効果（ISW）**のスタッキングや、弱いレンズと距離残差の間に、同方向でごく弱い相関が現れます。

読者の実感として何が変わるか：

• 見方： エネルギー条件は「鉄則」ではなく、ゼロ次近似＋平均・統計の制約です。例外は許されますが、相殺し、裁定取引を許しません。
• 方法： 「例外＝ノイズ」ではなく、残差のイメージングへ。単一のベースマップで複数データに共通する微弱で安定なパターンを揃えます。
• 期待： 大きな破れを狙うのではなく、きわめて小さく・再現可能で・方向が揃い・無分散の偏差を探し、「一枚の地図」で多プローブを説明できるか確かめます。

よくある誤解への短い説明：

• 超光速や永久機関を許しますか。 いいえ。局所の伝播上限の保存と裁定取引なしはハードな制約です。
• 正のエネルギーを否定しますか。 いいえ。ゼロ次では因果と正エネルギーを保ちます。許すのは局所・短時間の負の偏差のみで、経路・平均の制約で相殺されます。
• なら「エネルギー条件の破れ」の証拠ですか。 必ずしもそうではありません。距離を のみで記述する代わりに、テンソル進化と統計的テンソル重力（STG）から生じる赤方偏移（Redshift）の二つの寄与で捉えます。配向や環境の手がかりが揃わなければ、まずパラメタリゼーションや系統誤差を疑います。

セクション要約：
古典的エネルギー条件は明快なガードレールを与えます。ただしそれを普遍法則とみなすと、量子領域・長い伝播・方向／環境依存に宿る物理が平板化します。エネルギー糸理論（EFT）は、テンソル安定性・不変な速度上限・統計的制約により、許されるエネルギーと伝播を再定義します。「負の圧力／エネルギー」の外観は無分散かつ平均の規則に縛られ、テンソルポテンシャルの単一マップでプローブ横断の残差を整合させます。因果と常識を守りつつ、小さく安定した例外を地形の読めるピクセルに変えることができます。