3.4 จุดเย็นของเอกภพ: ลายนิ้วมือของการเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบวิวัฒน์

หน้าแรก ／ บทที่ 3: จักรวาลในระดับมหภาค

I. ปรากฏการณ์และปมปัญหา

• พื้นที่ “เย็นผิดสังเกต” บนท้องฟ้า:
  แผนที่ พื้นหลังไมโครเวฟของเอกภพ (CMB) แสดงบริเวณกว้างที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าบริเวณรอบข้างอย่างเล็กน้อย มีรูปร่างคงที่และขนาดเด่นชัด ไม่เหมือนความผันผวนแบบสุ่มขนาดเล็ก จึงยากจะอธิบายว่าเป็น “เรื่องบังเอิญ” เฉย ๆ
• เย็นมาตั้งแต่แหล่งกำเนิด หรือเปลี่ยนระหว่างทาง?
  หลังตัดสัญญาณเบื้องหน้าออก ความเย็นดังกล่าวแทบไม่เปลี่ยนตามย่านความถี่สังเกต แปลว่าไม่น่าจะเกิดจากการปล่อยหรือดูดกลืนเฉพาะที่ เหลือสองทางเลือก: สัญญาณ “กำเนิดมาเย็นกว่า” อยู่แล้ว หรือมีบางอย่างเปลี่ยนมันระหว่างวิ่งตามแนวการมอง
• ความเชื่อมโยงกับโครงสร้างขนาดใหญ่:
  การสังเกตหลายชุดชี้ว่าในทิศทางเดียวกันนั้นตามแนวสายตาอาจมี “บริเวณเบาบาง” ขนาดใหญ่มาก หากมีปริมาตรความหนาแน่นต่ำและ “ความตึง” ต่ำอยู่จริง ก็ชวนให้สงสัยเรื่อง “ผลตามเส้นทาง” อย่างเป็นธรรมชาติ ทว่าการจะอธิบายว่า “เย็นแค่ไหน ทำไมถึงเย็น และเย็นถึงระดับใด” ยังต้องมีห่วงโซ่เหตุผลทางฟิสิกส์ที่ชัดเจน

II. กลไกทางฟิสิกส์

1. “เปลี่ยนข้อมูลระหว่างทาง” ไม่ใช่แหล่งกำเนิดที่เย็นกว่า:
   ใน ทฤษฎีเส้นพลังงาน (EFT) แสงคือแพ็กเก็ตของการรบกวนที่แพร่ผ่าน “ทะเลพลังงาน” จากเอกภพยุคต้นจนถึงเรา มันต้องผ่านโครงสร้างมากมาย หาก ภูมิประเทศของความตึง (tensity ตาม EFT) คงที่ขณะโฟตอนผ่าน การเลื่อนความถี่ตอนเข้าและตอนออกจะหักล้างกัน จึงไม่เหลือผลสุทธิ แต่หากบริเวณนั้น “กำลังเปลี่ยน” ระหว่างที่โฟตอนอยู่ภายใน ความไม่สมมาตรของตอนเข้า–ตอนออกจะทิ้งการเลื่อนความถี่แบบไม่กระจายตัวไว้ นี่คือ การเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบวิวัฒน์
2. ห่วงโซ่เหตุ–ผลสามขั้นตอน:

• เมื่อเข้าสู่ปริมาตรใหญ่ที่มีความตึงต่ำ: การแพร่กระจายเชิงประสิทธิผลช้าลง จังหวะเฟสของโฟตอนยืดออก เทียบเท่าการขยับอุณหภูมิไปทาง “เย็นลง” เล็กน้อย
• ระหว่างที่คงอยู่ภายใน บริเวณนั้นยัง “ดีดกลับ” ต่อไป: ปริมาตรความตึงต่ำมิได้หยุดนิ่ง แต่ค่อย ๆ ตื้นขึ้นตามวิวัฒนาการของเอกภพ
• ตอนออก การ “ชดเชยกลับ” ไม่เพียงพอ: พอโฟตอนถึงขอบ บริบทแวดล้อมไม่เหมือนตอนเข้า ส่วนที่ชดเชยได้ตอนออกน้อยกว่าส่วนที่ถูก “ดึงออกไป” ตอนเข้า จึงเหลืออคติเย็นสุทธิ
  เงื่อนไขทั้งสามต้องครบ จึงจะเกิดการเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบวิวัฒน์อย่างมั่นคง หากขาดขั้นที่สอง (บริเวณไม่เปลี่ยนแปลง) ปรากฏการณ์จุดเย็นก็จะไม่เกิด

3. ทำไมต้องเป็นปริมาตร “ใหญ่และเปลี่ยนอย่างนุ่มนวล”:
   ขนาดของผลสุทธิขึ้นกับเวลาที่โฟตอนใช้ภายในบริเวณนั้น และขึ้นกับอัตรา–ทิศทางการเปลี่ยนแปลงของบริเวณในช่วงเวลานั้น หากปริมาตรเล็กไปหรือเปลี่ยนแปลงน้อยไป ผลก็สะสมไม่พอ แต่ถ้าใหญ่เกินไปหรือเปลี่ยนเร็วเกินไป ขอบเขตจะก่อให้เกิดการหักล้างซับซ้อน ความเด่นชัดของจุดเย็นสะท้อนชุดเงื่อนไข “ใหญ่พอ เปลี่ยนพอเหมาะ”
4. ไม่ใช่การทำให้มืดจากเลนส์ และไม่ใช่การ “ทำให้เย็น” จากการกระเจิง:
   เลนส์ความโน้มถ่วงเปลี่ยนเส้นทางและเวลาไปถึงเป็นหลัก แต่คงค่าความสว่างผิว การกระเจิงหรือการดูดกลืนจะทำให้เกิดการพึ่งพาสีและบิดเบือนรูปร่าง “ลายนิ้วมือ” ของจุดเย็นคือการลดอุณหภูมิแบบไม่กระจายตัว ชี้ไปที่ภูมิประเทศความตึงที่เปลี่ยนตามเวลา ไม่ใช่การบังด้วยสสารหรือการกรองสีของตัวกลาง
5. การแบ่งบทบาทของผลจากโครงสร้างต่าง ๆ:
   ในปริมาตรเบาบางขนาดใหญ่มาก ความเอนเอียงเชิงสถิติของแรงโน้มถ่วงจากอนุภาคไม่เสถียรจะอ่อนลง ก่อฉากหลังความตึงต่ำ คลื่นรบกวนไม่สม่ำเสมอจากการทำลายล้างของอนุภาคสามารถ “สลัก” ลวดลายละเอียดแถวขอบและทำให้ขอบเรียบขึ้น อย่างไรก็ตาม นั่นเป็นเพียง “ลายเส้นขอบ” ไม่ใช่เหตุหลัก เหตุหลักคือวิวัฒนาการของบริเวณระหว่างที่โฟตอนพาดผ่าน
6. เหตุใดเส้นทางต่างกันให้คำตอบต่างกัน:
   โฟตอนที่ปล่อยในสมัยเดียวกัน หากเลี่ยงปริมาตรเบาบางที่กำลังวิวัฒน์ก็แทบไม่พบการเลื่อนแดงแบบวิวัฒน์ แต่ถ้าผ่านทะลุ ก็จะติดอคติอุณหภูมิเย็นสุทธิ เส้นพื้นหลังเดียวกันจึงแสดงอุณหภูมิต่างกันตามทิศทาง “จุดเย็น” จึงเป็นป้ายบอกทางที่ตัดผ่านบริเวณซึ่งกำลังเปลี่ยน

III. อุปมาเพื่อให้เห็นภาพ

บันไดเลื่อนที่เปลี่ยนความเร็ว: หากความเร็วไม่เปลี่ยน เวลาไปถึงปลายทางขึ้นกับจุดเริ่ม–จุดจบเท่านั้น แต่ถ้ากลางทางบันไดช้าลง คุณไม่อาจ “เอาเวลาคืน” ตอนจะก้าวลง สุดท้ายจึงไปถึงช้ากว่า จุดเย็นก็คล้ายกัน: ไม่ใช่ว่าปลายทางใด “เย็นกว่า” โดยกำเนิด แต่เป็น “การเปลี่ยนความเร็วกลางทาง” ที่ทำให้จังหวะเฟสยาวขึ้น

IV. เปรียบเทียบกับทฤษฎีดั้งเดิม

• จุดร่วม—นี่คือผลตามเส้นทาง:
  จักรวาลวิทยามาตรฐานมองว่าเกิดจากวิวัฒนาการตามเวลาของศักย์ความโน้มถ่วงตามแนวทางเดินของสัญญาณ ที่นี่อธิบายด้วยภาษาของการ “จัดภูมิประเทศความตึงใหม่” ระหว่างการผ่านเช่นกัน เน้นว่าเป็นองค์ประกอบตามเส้นทางแบบไม่กระจายตัว ไม่ใช่แหล่งกำเนิดที่เย็นกว่า
• จุดต่าง—ภาษาและจุดเน้น:
  คำอธิบายดั้งเดิมเน้นเรขาคณิตและคณิตศาสตร์ของศักย์ความโน้มถ่วง ขณะที่ที่นี่เน้นพลวัตของตัวกลางและความตึง: ความไม่สมมาตรของการเข้า–พำนัก–ออก แปลง “วิวัฒนาการ” ให้กลายเป็นการลดลงของอุณหภูมิอย่างมีผลสุทธิ ทั้งสองมุมมองไม่ขัดกันในสิ่งที่วัดได้ เพียงอธิบาย “เหรียญเหรียญเดียวกัน” คนละด้าน
• การเชื่อมโยงกับภาพรวมที่กว้างกว่า:
  ตรรกะ “เปลี่ยนข้อมูลระหว่างทาง” เดียวกันพบได้ในความหน่วงเวลาของเลนส์โน้มถ่วงแบบแรง และการปรับแต่งย่านความถี่เล็ก ๆ บนเส้นทางที่ไม่เกิดวิวัฒนาการ มันเปลี่ยนเพียงเวลาไปถึง ไม่เปลี่ยนระดับอุณหภูมิพื้นฐาน ดังนั้น จุดเย็นจึงเป็นลายนิ้วมือที่เด่นชัดที่สุดของการเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบวิวัฒน์บนทั้งท้องฟ้า

V. สรุป

จุดเย็นของเอกภพมิใช่ “เกิดมายังไงก็เย็นกว่า” แต่เกิดขึ้นเพราะสัญญาณ CMB ผ่านปริมาตรใหญ่ที่มีความตึงต่ำและกำลังวิวัฒน์ ทำให้ “ถูกดึงลงตอนเข้า และชดเชยกลับไม่หมดตอนออก” จึงเหลืออคติเย็นสุทธิแบบไม่กระจายตัว การจะเกิดรอยประทับชัดเจนเช่นนี้ ต้องครบสามเงื่อนไขพร้อมกัน: เส้นทางต้องตัดผ่านปริมาตรใหญ่พอ โฟตอนต้องพำนักนานพอ และปริมาตรนั้นต้องเปลี่ยนจริงในช่วงเวลานั้น เมื่อวางจุดเย็นไว้ในห่วงโซ่เหตุผลที่ชัดเจนนี้ มันก็ไม่ใช่ “ความบังเอิญประหลาด” อีกต่อไป แต่เป็นตราประทับที่โดดเด่นของการเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบวิวัฒน์บนแผนที่ฟ้าทั้งผืน