3.5 การขยายตัวของเอกภพและการเลื่อนแดง: มุมมองจากการปรับโครงความตึงของทะเลพลังงาน

หน้าแรก ／ บทที่ 3: จักรวาลในระดับมหภาค

I. ปรากฏการณ์และข้อข้องใจ

• กฎความสัมพันธ์การเลื่อนแดง–ระยะทาง: วัตถุที่ยิ่งไกล เส้นสเปกตรัมยิ่งเลื่อนไปทางแดง กฎเชิงประจักษ์นี้มีเสถียรภาพและใช้ได้ทั่วไป
• ไกลกว่า มืดกว่า และ “ช้าลง” ในจังหวะ: เทียนมาตรฐานบางชนิดที่มีการเลื่อนแดงสูงดูมืดลง และเส้นโค้งความสว่างเหมือนถูกยืด จึงมักถูกตีความว่าเป็นสัญญาณของ “การขยายตัวแบบเร่ง”
• ความไม่สอดคล้องระหว่างวิธีและการพึ่งพาทิศทาง: เมื่อตีค่าสุด “อัตราการขยายตัว” ด้วยวิธีต่างกัน ผลลัพธ์ไม่ตรงกันทั้งหมด และข้อมูลบางส่วนยังชี้ความเชื่อมโยงอ่อนกับทิศบนท้องฟ้าและความหนาแน่นของสภาพแวดล้อม สิ่งนี้บ่งชี้ว่า ขั้นตอนแปลง “ความถี่ ความสว่าง เวลาเดินทาง” ไปเป็น “ปริพันธ์เชิงเรขาคณิต” อาจปะปนเอนเอียงเชิงระบบที่มาจากสภาวะตัวกลาง

II. การอธิบายเชิงกลไกทางฟิสิกส์ (การปรับโครงความตึงของทะเลพลังงาน)

ภาพแก่น: เอกภพมิได้วิวัฒน์ใน “กล่องเรขาคณิตว่างเปล่า” หากแต่วิวัฒน์ใน ทะเลพลังงาน ซึ่งถูกจัดระเบียบใหม่อยู่ตลอดเวลาโดยเหตุการณ์ต่าง ๆ ความตึง ของทะเลนี้กำหนดเพดานความเร็วการแพร่คลื่นในท้องถิ่น และกำหนด “จังหวะภายใน” ของแหล่งกำเนิดแสง ด้วยเหตุนั้น การเลื่อนแดงที่สังเกตจึงมิได้มีแหล่งเดียว แต่เป็นผลรวมของสององค์ประกอบ:

1. 1. การตั้งค่ามาตรฐานที่ต้นทาง: “ตราประทับโรงงาน” จากความตึง ณ จุดกำเนิด
   จังหวะภายในของแหล่งกำเนิดถูกกำหนดโดยความตึงในท้องถิ่น—ความตึงสูงทำให้จังหวะช้าลงและความถี่เชิงธรรมชาติต่ำลง; ความตึงต่ำทำให้จังหวะเร็วขึ้นและความถี่สูงขึ้น ปรากฏการณ์การเลื่อนแดงเชิงความโน้มถ่วงและการเลื่อนความถี่ของนาฬิกาอะตอมกับระดับความสูงยืนยันกฎนี้ เมื่อเทียบยุคต้นของเอกภพกับปัจจุบัน หากยุคต้นอยู่ภายใต้การตั้งค่าความตึงคนละระดับ ก็เท่ากับ “เกิดมาค่อนไปทางแดงและช้าจังหวะ” กลายเป็นแหล่งที่มาประการแรกของการเลื่อนแดงและการยืดเวลา
   ใจความ: นี่คือคุณสมบัติที่ด้านต้นทาง ไม่จำเป็นต้องให้แสง “ถูกยืด” บนทางเดิน และยังอธิบายได้ว่าทำไมเทียนมาตรฐานประเภทเดียวกันจึงดู “ช้าลง” เมื่ออยู่ในบ่อศักย์ลึกหรือสภาพแวดล้อมที่มีกิจกรรมสูง
2. 2. การเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบมีวิวัฒน์: หาก “แผนที่” เปลี่ยนระหว่างทาง “หน้าปัด” ก็ถูกตั้งใหม่
   แสงคือแพ็กเก็ตคลื่นที่กระจายไปในทะเลพลังงาน หากภูมิประเทศของความตึงเปลี่ยนเฉพาะเชิงพื้นที่แต่คงที่ตามเวลา ผลของการเข้า–ออกจะหักล้างกัน ไม่เกิดการเปลี่ยนความถี่สุทธิ (แม้เวลาเดินทางและภาพที่สร้างจะเปลี่ยน) แต่หากแสงผ่านบริเวณที่ความตึงกำลังเปลี่ยนไปตามเวลา—เช่น ช่องว่างขนาดใหญ่ที่กำลังดีดกลับ หรือบ่อศักย์ที่ตื้นขึ้น/ลึกขึ้น—ความสมมาตรเข้า–ออกจะพังทลาย ทิ้งการเลื่อนแดงหรือเลื่อนน้ำเงิน ที่ไม่ขึ้นกับสี (ไร้การกระจายแยกสี) นี่คือ “ลายนิ้วมือของเส้นทาง” ซึ่งส่อแววในลักษณะอย่างจุดเย็นจักรวาล
   ใจความ: การเลื่อนแดงตามเส้นทางขึ้นกับเวลาที่คลื่นพำนักในบริเวณที่กำลังเปลี่ยน และขึ้นกับทิศทางกับขนาดของการเปลี่ยนแปลงนั้น โดยไม่ขึ้นกับสี
3. 3. ความต่างของเวลาเดินทาง: ความตึงยังเป็นตัวกำหนด “จะไปได้เร็วเพียงใด”
   ความตึงสูงยกเพดานความเร็วในท้องถิ่น; ความตึงต่ำลดเพดานนั้น การข้ามบริเวณที่มีความตึงต่างกันทำให้เวลาเดินทางสะสมพึ่งพาเส้นทาง เราคุ้นเคยสิ่งนี้แล้วใน “ความหน่วงเพิ่มเติม” ภายในระบบสุริยะและ “ความหน่วงเวลา” ในเลนส์ความโน้มถ่วง ที่สเกลจักรวาล เส้นทางต่างทิศและต่างสภาพแวดล้อมจึงให้ความแตกต่างเล็กน้อยในรูปแบบรวมของ “เวลาเดินทาง + การเลื่อนแดง” หากไม่แยกส่วนอย่างเหมาะสม เราอาจเผลอใส่องค์ประกอบของตัวกลางไปไว้ในองค์ประกอบเรขาคณิต ก่อให้เกิดความคลาดเคลื่อนระหว่างวิธีตีค่า “อัตราการขยายตัว”
4. 4. การปรับโครงความตึง: อะไรที่กำลัง “ขัน–คลายผิวน้ำ” อยู่เสมอ
   เอกภพมิใช่น้ำสงบ การก่อกำเนิด การสลาย การรวมตัว และเจ็ตพลังงาน—เหตุการณ์รุนแรง—ต่างคอยดึงปรับความตึงของทะเลพลังงานในสเกลใหญ่:
   • อคติราบเรียบที่เอนเข้าด้านในก่อจากแรงชั่วครู่ของอนุภาคไม่เสถียรจำนวนมาก เมื่อเฉลี่ยตามกาล–อวกาศก็ “ทำให้ภูมิประเทศลึกขึ้น” อย่างยืดเยื้อ
   • ลวดลายพื้นผิวละเอียดเกิดจากแพ็กเก็ตคลื่นที่พุ่งออกยามอนุภาคไม่เสถียรสูญสลาย เติม “ความเป็นเมล็ด” เล็กน้อยให้เส้นทางและภาพ
     ส่วนแรกเป็นทำนองหลักของภูมิประเทศกว้างใหญ่; ส่วนหลังขยับแต่งรายละเอียด ทั้งสองร่วมกันวาดใหม่ “แผนที่ความตึง” ซึ่งส่งผลต่อ (ก) จังหวะที่ตั้งไว้ตั้งแต่ออกโรงงาน, (ข) เวลาเดินทาง, และ (ค) การเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบมีวิวัฒน์

กติกาการลงบัญชี:

1. ขนาดของการเลื่อนแดง = การตั้งค่ามาตรฐานที่ต้นทาง (พื้น) + การเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบมีวิวัฒน์ (จูนละเอียด)
2. เวลาถึงปลายทาง = อ้อมโค้งเชิงเรขาคณิต + การเขียนใหม่ของเวลาเดินทางจากความตึงระหว่างทาง
3. ความสว่าง = การเปล่งแสงโดยกำเนิด × เรขาคณิตและความตึงบนเส้นทาง (อย่าตั้งสูตรคาดคะเน “สารพัดนึก”; ควรพิจารณาเป็นรายเส้นทาง)

III. อุปมา

นึกถึงผิวกลองใบเดียวที่ถูกขึงตึงต่างระดับ ขึงตึงกว่าให้จังหวะธรรมชาติสูงและคลื่นวิ่งเร็วกว่า; คลายลงก็ตรงข้าม มองทั้งแสงและแหล่งกำเนิดเป็น “เหตุการณ์บนผิวกลอง”: ความตึงที่ต้นทางกำหนดจังหวะตั้งต้น (การตั้งค่ามาตรฐานที่ต้นทาง) หากมีคนปรับคลาย–ขันผิวกลองระหว่างทางที่คุณเดินผ่าน จังหวะและช่วงก้าวของคุณก็ถูกตั้งใหม่กลางทาง (การเลื่อนแดงตามเส้นทางและความต่างของเวลาเดินทาง)

IV. การเทียบกับคำอธิบายแบบดั้งเดิม

• จุดร่วม: ทั้งสองมุมมองยอมรับกฎระดับมหภาคของความสัมพันธ์การเลื่อนแดง–ระยะทาง และยอมรับว่าความไม่เรียบตามเส้นทางเพิ่มความหน่วงเวลาและผลด้านความถี่เล็กน้อย การทดสอบความแม่นยำสูงในห้องปฏิบัติการและในระบบสุริยะยังสอดคล้องกับ “เพดานความเร็วของแสงที่คงเส้นคงวาในท้องถิ่น และกฎฟิสิกส์ท้องถิ่นที่ไม่เปลี่ยน”
• ความต่างสำคัญ: เรื่องเล่าดั้งเดิมมักอธิบายการเลื่อนแดงว่าเกิดจากสเกลเรขาคณิตที่ถูกยืดออกทั่วทั้งเอกภพ มุมมองปัจจุบันเน้นว่า การตั้งค่ามาตรฐานตามสภาพแวดล้อมที่ต้นทางและการเปลี่ยนแปลงของความตึงตามเส้นทาง ก็ “เขียนบัญชีใหม่” ให้ทั้งความถี่และเวลาเดินทาง—และโดยหลักการสามารถแยกแยะสองส่วนนี้ได้ เมื่อใส่องค์ประกอบของตัวกลางเหล่านี้เข้าในกระบวนการอนุมานอย่างชัดแจ้ง ความไม่สอดคล้องระหว่างวิธี แนวโน้มตามทิศ และความสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมจึงเข้าใจได้เป็นธรรมชาติ โดยไม่ต้องเหมารวมส่วนเกินทั้งหมดให้ “องค์ประกอบพิเศษ” ตัวเดียว
• ท่าที: นี่ไม่ใช่การปฏิเสธว่าเอกภพอาจกำลังขยายตัว หากเป็นการเตือนว่า การแมปจากตัวสังเกตไปเป็นเรขาคณิตไม่เคยเป็น “ก้าวเดียวเสร็จ” หากความตึงของทะเลพลังงานมีบทบาทในการกำหนดจังหวะและเพดานการแพร่คลื่น ก็ต้องบันทึกไว้ในสมุดบัญชี

V. ข้อสรุป

จากมุมมอง “การปรับโครงความตึง” ของทะเลพลังงาน:

• การเลื่อนแดงมิได้มาจากแหล่งเดียว แต่เป็นผลรวมของการตั้งค่าจังหวะที่ต้นทางกับการเลื่อนแดงตามเส้นทางแบบไร้การกระจายที่เกิดจากวิวัฒน์
• เวลาเดินทางมิได้ถูกกำหนดเพียงด้วยความยาวเส้นทางเชิงเรขาคณิต แต่ยังสะท้อนเพดานการแพร่คลื่นที่ความตึงระหว่างทางตั้งไว้
• เหตุการณ์รุนแรงขนาดใหญ่ปรับความตึงของ “ผิวน้ำ” อย่างต่อเนื่อง สร้างแผนที่ความตึงที่เปลี่ยนไปตามเวลา ซึ่งร่วมกันกำหนดความถี่ ความสว่าง และเส้นเวลา ที่เราบันทึกได้

เมื่อแยกลงบัญชีทั้งสามส่วนนี้ กฎหลักการเลื่อนแดง–ระยะทางยังมั่นคง ขณะเดียวกัน ความตึงเครียดระหว่างวิธีและความต่างเล็ก ๆ ตามทิศ–สภาพแวดล้อมก็มีคำอธิบายทางกายภาพที่ชัด: ไม่ใช่วัดพลาด แต่ ตัวกลางกำลังส่งสัญญาณ