3.2 พื้นหลังคลื่นวิทยุจักรวาลส่วนเกิน: ยกระดับเส้นฐานโดยไม่ต้องพึ่งแหล่งจุดที่มองไม่เห็น

หน้าแรก ／ บทที่ 3: จักรวาลในระดับมหภาค

คำศัพท์
ในส่วนนี้ “พื้นหลังคลื่นวิทยุแบบกระจายที่เกินคาด” อธิบายว่า: พลังงานที่ฉีดกลับเข้าสู่ตัวกลางเมื่อ อนุภาคไม่เสถียรทั่วไป (GUP) แตกสลาย/การทำลายล้าง จะสะสมเชิงสถิติกลายเป็น สัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์ (TBN); ลวดลายเชิงพื้นที่ของมัน สอดคล้องเชิงอ่อน กับภูมิทัศน์ของ แรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ (STG). ตั้งแต่บัดนี้ใช้ชื่อเต็มภาษาไทยเสมอ: อนุภาคไม่เสถียรทั่วไป, สัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์ และ แรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ

I. ปรากฏการณ์และโจทย์ท้าทาย

1. “ชั้นรองพื้น” ที่เกินมา
   เมื่อตัดส่วนร่วมของทุกแหล่งกำเนิดวิทยุที่แยกแยะได้—กาแล็กซี เควซาร์ เจ็ต ซากซูเปอร์โนวา ฯลฯ—ความสว่างวิทยุแบบกระจายทั้งท้องฟ้ายังคงสูงกว่าที่คาด ราวกับว่าแผนที่ท้องฟ้าถูกหนุนด้วยฐานเพิ่มอีกชั้น
2. ทั้งเรียบเนียนและกว้างย่านความถี่
   ชั้นฐานนี้เรียบเนียนตามมุม แทบไม่เห็น “เมล็ด” ขนาดมุมเล็ก สเปกตรัมเป็นย่านกว้างและไร้เส้นแคบ ไม่เหมือนคอรัสที่ขับเคลื่อนด้วยกลไกเดียว
3. ทางแก้ “เพิ่มแหล่งเล็ก ๆ” ใช้ไม่ได้
   • หากยกเหตุผลเป็นแหล่งจุดที่ยังไม่ถูกแยกแยะจำนวนมาก การกระจายจำนวน–ความสว่างที่ต้องการจะก่อให้เกิดความผันผวนขนาดมุมเล็กแรงกว่าที่สังเกต
   • จำนวนแหล่งรวมและประวัติวิวัฒน์ที่ตามมาขัดกับสถิติการนับแหล่งจากสำรวจเชิงลึกมาก
4. ลักษณะเชิงสังเกตเพิ่มเติม
   • ความเป็นไอโซทรอปีสูง (ยกขึ้นเล็กน้อยเฉพาะสภาพแวดล้อมที่กิจกรรมรุนแรง)
   • ค่าโพลาไรซ์สุทธิต่ำ (ไม่มี “ท่าทางการแผ่รังสี” ร่วม เฟสหักล้างกันง่าย)
   • คงที่ตามกาลเวลา (พื้นเสียงรบกวนแบบกระจายที่เฉลี่ยในระยะยาว)

ข้อสรุปสั้น: สัญญาณนี้เหมือนพื้นหลังแบบกระจายจริง ๆ ไม่ใช่ “ผลรวมของหลอดไฟจิ๋วจำนวนมากที่ยังมองไม่เห็น”

II. คำอธิบายเชิงกลไกทางฟิสิกส์

1. ชั้นฐาน: การ “มา–ไป” ของอนุภาคไม่เสถียรทั่วไป
   ในทะเลพลังงาน อนุภาคไม่เสถียรทั่วไปถูกดึงออกมาอยู่ชั่วครู่ แล้วแตกสลายหรือทำลายล้าง แต่ละครั้งจะคืนพลังงานเป็นแพ็กเก็ตคลื่นที่อ่อน แบนด์กว้าง และมีความเชื่อมสอดประสานต่ำกลับสู่ตัวกลาง แต่ละแพ็กเก็ตเล็กมาก ทว่าเกิดนับไม่ถ้วน
2. สัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์: ซ้อนแพ็กเก็ตเล็กให้เป็นเส้นฐาน
   เมื่อแพ็กเก็ตอิสระจำนวนมหาศาลซ้อนกันในอวกาศ–เวลา จึงก่อพื้นหลังแบบกระจาย แบนด์กว้าง และความเชื่อมสอดประสานต่ำ นั่นคือสัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์ ซึ่งอธิบายลักษณะสำคัญของส่วนเกินคลื่นวิทยุได้ตรงตัว:
   • สว่างขึ้นแต่ไม่แยงตา: การซ้อนยกเส้นฐานโดยไม่ผุดจุดสว่างหนาแน่น
   • สเปกตรัมเรียบ: มาจากแพ็กเก็ตไม่สม่ำเสมอ ไม่ใช่ทรานซิชันคงที่หรือจังหวะร่วม
   • ไอโซทรอปีแรง: การเกิด–ดับแทบทุกหนแห่งและถูกเฉลี่ยตลอดกาลจักรวาล
   • สอดคล้องเชิงอ่อนกับโครงสร้าง: ไม่ใช่การแผ่รังสีแบบมุ่งทิศของชนิดแหล่งใด แต่สอดคล้องเชิงอ่อนกับภูมิทัศน์ของแรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ (อธิบายต่อไป)
3. เหตุใดย่านวิทยุจึงไวที่สุด
   ย่านวิทยุเหมาะต่อการซ้อนสัญญาณแบนด์กว้างและความเชื่อมสอดประสานต่ำ: กล้องดูดซับแพ็กเก็ตอ่อนมากมายจากไกลโพ้นรวมเป็นการยกพื้นเสียงรบกวนโดยตรง ความถี่สูงกว่ายังซ้อนได้เช่นกัน แต่ถูกการดูดกลืน/การกระเจิงจากฝุ่นและตัวกลางบดบังง่าย ย่านวิทยุจึง “สะอาด” กว่า
4. การสอดคล้องเชิงอ่อนกับแรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ
   ระดับ “ความกระฉับกระเฉง” โดยรวมของอนุภาคไม่เสถียรทั่วไปขึ้นกับสภาพแวดล้อม (การรวมตัว การกระแทก เจ็ต แรงเฉือนรุนแรง) ดังนั้น แอมพลิจูดเฉลี่ยของสัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์จึงกระเพื่อมเล็กน้อยตามภูมิทัศน์ของแรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ: บริเวณ “กิจกรรมสูง” จะสว่างกว่านิดหน่อย แต่เมื่อเฉลี่ยในสเกลใหญ่ยังคงเป็นพื้นหลังเรียบ
5. ทำให้ “บัญชีพลังงาน” สอดรับกับ “ภาพที่เห็น”
   • บัญชีพลังงาน: ความสว่างส่วนเกินมาจากการฉีดพลังงานต่อเนื่องขณะอนุภาคไม่เสถียรทั่วไปแตกสลาย/ทำลายล้าง
   • บัญชีภาพ: ภายนอกปรากฏเป็นสัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์ที่ยกพื้นหลังแบบกระจาย สเปกตรัมเรียบ และไอโซทรอปีแรง
     สรุป: สองด้านของเหรียญเดียว—ด้านหนึ่งคือประมาณการพลังงาน อีกด้านคือรูปลักษณ์เชิงสังเกต
6. ความคาดหมายด้านสเปกตรัม โพลาไรซ์ และการแปรผัน
   • สเปกตรัม: ใกล้เคียงกฎกำลังที่เรียบหรือโค้งอ่อน ไม่มีเส้นแคบ ความต่างระหว่างบริเวณท้องฟ้ามักเล็กและเปลี่ยนช้า
   • โพลาไรซ์: ค่าโพลาไรซ์สุทธิต่ำจากการซ้อนหลายแหล่ง แต่จะยกขึ้นเล็กน้อยตามขอบเขตที่แรงเฉือนสูงและทิศสนามแม่เหล็กสอดคล้องกัน
   • การแปรผัน: คงที่ยาวนาน; หลังเหตุการณ์รวมตัว/เจ็ตใหญ่ อาจเห็นการยกพื้นแบบหน่วงที่อ่อนมาก (สัญญาณรบกวนมาก่อน ผลโน้มถ่วงแบบเรียบตามมา)

III. พยากรณ์ที่ตรวจสอบได้และวิธีเทียบกับข้อมูล (เชื่อมกับการสังเกต)

• P1 | เกณฑ์สเปกตรัมกำลังเชิงมุม
  พยากรณ์: พลังงานที่สเกลมุมเล็กต่ำกว่ามากเมื่อเทียบกับแบบจำลอง “แหล่งจุดที่ยังไม่แยกแยะ” ขณะที่สเกลมุมใหญ่มีความชันตื้นและเรียบ
  การทดสอบ: เปรียบเทียบสเปกตรัมกำลังเชิงมุมจากทุ่งลึกกับการคาดต่อของแหล่งจุด; หากแบนกว่าที่สเกลเล็กย่อมสนับสนุนสัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์
• P2 | เกณฑ์ความเรียบของสเปกตรัม
  พยากรณ์: สเปกตรัมเฉลี่ยทั้งท้องฟ้าไร้เส้นแคบและโค้งอ่อน ค่าดัชนีสเปกตรัมต่างกันเพียงเล็กน้อยระหว่างบริเวณ
  การทดสอบ: ฟิตข้อมูลหลายความถี่ร่วมกันเพื่อยืนยัน “เรียบ–เปลี่ยนช้า” แทนการรวมกลไกแคบหลายชนิด
• P3 | เกณฑ์การสอดคล้องเชิงอ่อน (กับภูมิทัศน์ของแรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ)
  พยากรณ์: พื้นหลังแบบกระจายมีสหสัมพันธ์บวกระดับอ่อนกับแผนที่เลนส์โน้มถ่วง φ/κ และเชียร์จักรวาล
  การทดสอบ: ทำสหสัมพันธ์ไขว้กับแผนที่เลนส์/เชียร์; สัมประสิทธิ์บวกขนาดเล็กที่แรงขึ้นในสภาพแวดล้อมกิจกรรมสูงคือผลที่คาด
• P4 | ลำดับเหตุการณ์: “สัญญาณรบกวนมาก่อน ผลโน้มถ่วงตามหลัง”
  พยากรณ์: ตามแนวแกนการรวมตัว ขอบหน้าคลื่นกระแทก และบริเวณใกล้เจ็ตแรง พื้นหลังแบบกระจายจะยกขึ้นเล็กก่อน (สัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์) แล้วแรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติจึงค่อยลึกขึ้นอย่างเรียบ
  การทดสอบ: เฝ้าติดตามหลายยุคเวลา เปรียบเทียบการเปลี่ยนแปลงวิทยุแบบกระจายกับตัวชี้วัดไดนามิก/เลนส์ตามความหน่วงเวลา
• P5 | โพลาไรซ์สุทธิต่ำ
  พยากรณ์: โพลาไรซ์สุทธิทั้งท้องฟ้าต่ำ ยกขึ้นเพียงเล็กตามแนวขอบที่ขยายเชิงเรขาคณิต
  การทดสอบ: การทำแผนที่โพลาไรซ์มุมมองกว้างควรแสดง “ต่ำ–คงที่–เพิ่มเล็กที่ขอบ”

IV. การเปรียบเทียบกับคำอธิบายดั้งเดิม

• ไม่ใช่ “ซ่อนหลอดไฟเล็ก ๆ เพิ่ม”
  หากแหล่งจุดที่ยังไม่แยกแยะครอบงำ ท้องฟ้าควรมีลักษณะเป็นเมล็ดมากกว่าที่เห็น และสถิตินับแหล่งกับประวัติวิวัฒน์ก็ไม่หนุนให้มีประชากรมหึมาขนาดนั้น
• ไม่ใช่เครื่องยนต์เอกภาพเพียงตัวเดียว
  กลไกเดี่ยวมักทิ้งลายนิ้วมือเป็นเส้นสเปกตรัม/ลายโพลาไรซ์ ในทางตรงกันข้าม ลักษณะแบนด์กว้าง ไร้เส้นแคบ และโพลาไรซ์สุทธิต่ำ เหมาะกับภาพ “แพ็กเก็ตไม่สม่ำเสมอนับล้านซ้อนทับกัน” มากกว่า
• ภาพเดียวอธิบายหลายลักษณะ
  เส้นทางฟิสิกส์เดียวกันนี้อธิบายการยกความสว่าง ความเรียบของสเปกตรัม ความเป็นไอโซทรอปีสูง เมล็ดอ่อน และการสอดคล้องเชิงอ่อนได้อย่างสอดคล้อง วิธีแบบตัวกลาง–เชิงสถิติจึงประหยัดและเป็นเอกภาพกว่าการแยกอาการผิดปกติแล้วปะชิ้นต่อชิ้น

V. การทำแบบจำลองและการฟิตข้อมูล (คู่มือปฏิบัติ)

1. ลำดับงาน:
   • ล้างสัญญาณเบื้องหน้า: จัดการซิงโครตรอนทางช้างเผือก การแผ่แบบเสรี–เสรี ฝุ่น และผลไอโอโนสเฟียร์อย่างสม่ำเสมอ
   • แม่แบบเชิงพื้นที่สององค์ประกอบ: “พื้นหลังไอโซทรอปี + แม่แบบที่สอดคล้องเชิงอ่อนผูกกับภูมิทัศน์ของแรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ”
   • ข้อกำหนดสเปกตรัม: ให้สิทธิกฎกำลังเรียบหรือโค้งอ่อน; ไม่อนุญาตให้ส่วนประกอบเส้นแคบครอบงำ
   • ควบคุมสเกลเล็ก: ใช้สเปกตรัมกำลังเชิงมุมเพื่อลด “เมล็ดแบบแหล่งจุด” และจำกัดหางของแหล่งที่ยังไม่แยกแยะ
   • ตรวจไขว้: ทำแผนที่และเวลาให้สอดคล้องกับ φ/κ เลนส์ เชียร์จักรวาล และชุดเหตุการณ์รวมตัว เพื่อยืนยันการเสริมพื้นหลังแบบกระจาย
2. ตัวชี้วัดตรวจเร็ว:
   • สเปกตรัมกำลังเชิงมุมที่สเกลเล็กแบนกว่าการคาดต่อจากแหล่งจุดหรือไม่?
   • สเปกตรัมหลายความถี่เรียบและเปลี่ยนช้าหรือไม่?
   • สหสัมพันธ์ไขว้เป็นบวกอ่อนและแรงขึ้นในสภาพแวดล้อมกิจกรรมสูงหรือไม่?
   • โพลาไรซ์สุทธิต่ำและยกขึ้นเล็กน้อยตามแนวขอบหรือไม่?

VI. อุปมาใกล้ตัว

“เสียงฮัมไกล ๆ ของการจราจรในเมือง”
ที่ได้ยินไม่ใช่เครื่องยนต์คันเดียว แต่เป็นเสียงต่ำรวมของรถนับไม่ถ้วน มันยกพื้นเสียง ไม่แสบหู และเสถียรยาวนาน พื้นหลังวิทยุส่วนเกินก็คล้ายชั้นเสียงฮัมนั้น

VII. บทสรุป

• การระบุสาเหตุทางฟิสิกส์: ส่วนเกินของพื้นหลังคลื่นวิทยุจักรวาลน่าจะเกิดจากสัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์—พื้นหลังแบบกระจายที่ถูกยกขึ้นจากการซ้อนทับเชิงสถิติเป็นเวลานานของแพ็กเก็ตแบนด์กว้างอ่อนนับไม่ถ้วนที่ปล่อยออกเมื่ออนุภาคไม่เสถียรทั่วไปแตกสลายหรือทำลายล้าง
• ความสัมพันธ์เชิงพื้นที่: สัญญาณสอดคล้องเชิงอ่อนกับภูมิทัศน์ของแรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ: สูงขึ้นเล็กน้อยในโซนกิจกรรม แต่โดยรวมยังเรียบทั่วท้องฟ้า
• ปรับกรอบคำถาม: จาก “ยังเหลือแหล่งจุดที่ไม่เห็นอีกเท่าไร?” เป็น “ตัวกลางเมื่อเกิด–ดับต่อเนื่องย่อมซ้อนพื้นหลังแบบกระจายได้ถึงระดับใด?”
• เรื่องเล่าที่สอดคล้อง: เชื่อมโยงปิดลูปกับหัวข้อ 3.1 (เส้นโค้งการหมุน) และหัวข้อ 2.1–2.5: ระยะคงอยู่ของอนุภาคไม่เสถียรทั่วไปยก “ระดับน้ำทะเล”—แรงโน้มถ่วงเชิงเทนเซอร์เชิงสถิติ; ช่วงแตกสลายหว่านสัญญาณ—สัญญาณรบกวนฉากหลังเชิงเทนเซอร์ ทั้งสองมีต้นธารเดียว สอดคล้องเชิงอ่อน และตรวจสอบได้ในกรอบคำอธิบายเดียวกัน