3.15 จักรวาลเติบโตเป็นรูปร่างได้อย่างไร: มองเส้นใยและกำแพงผ่านอุปมาสัมประสิทธิ์ความตึงผิวน้ำ

หน้าแรก ／ บทที่ 3: จักรวาลในระดับมหภาค

คำนำ

ในภาพรวมแบบ “เส้นใย – มหาสมุทรพลังงาน – ความตึง” ส่วนนี้อธิบายว่ารูปแบบโครงสร้างกำเนิดและเติบโตอย่างไร ทั้งในยุคต้นและยุคหลังของจักรวาล มีมวลประชากรขนาดใหญ่ของ อนุภาคไม่เสถียรแบบทั่วไป (GUP) ก่อรูปขึ้นช่วงสั้น ๆ แล้วสลายตัวอีกครั้ง เวลาคงอยู่ของมัน เมื่อเฉลี่ยตามอวกาศ–เวลา จะรวมกันเป็นฉากหลังที่ดึงสื่อกลางเข้าด้านใน ซึ่งเราเรียกว่า แรงโน้มถ่วงเชิงสถิติจากความตึง (STG) ส่วนการสลาย/การทำลายล้างจะส่งคืนแพ็กเก็ตคลื่นกำลังอ่อนจำนวนมาก ทับซ้อนกันกลายเป็นฐานฟุ้งกระจายของ สัญญาณรบกวนเชิงความตึงเฉพาะที่ (TBN) ตั้งแต่นี้ไปจะใช้คำเรียกแบบเดียวกันคือ อนุภาคไม่เสถียรแบบทั่วไป แรงโน้มถ่วงเชิงสถิติจากความตึง และ สัญญาณรบกวนเชิงความตึงเฉพาะที่ บทนี้เป็นฉบับภาพเข้าใจง่ายสำหรับผู้อ่านทั่วไป และจะใช้อุปมา “ผิวน้ำและความตึงผิว” เพื่อช่วยอธิบายว่า “เหตุใดจักรวาลจึงก่อเกิดเส้นใย กำแพง ปม และโพรงว่าง”

I. มองภาพกว้างก่อน: จาก “ภูมิประเทศ–เปลือกโลก” สู่ “ความตึง–แบบแผน”

1. การกระจายตัวในสเกลมหภาคของจักรวาลไม่ใช่ทรายหว่านแบบสุ่ม แต่คล้ายแผนที่ผืนใหญ่ที่ถูก “ภูมิประเทศของความตึง” จัดระเบียบ: เส้นใยเชื่อมต่อกัน กำแพงโอบล้อม ปมผุดสูง และโพรงว่างถูกคว้านให้โล่ง
2. “สี่องค์ประกอบ” ช่วยให้เห็นภาพ:
   • มหาสมุทรพลังงาน: ฉากหลังต่อเนื่องที่ทำให้การแพร่กระจายและการดึงพาดพิงกันเกิดขึ้นได้
   • ความตึง: ระดับ “ความตึงแน่นของผืนผ้า” กำหนดว่าที่ใดเดินทางสะดวกกว่า และเพดานขีดจำกัดอยู่ตรงไหน
   • ความหนาแน่น: เหมือนน้ำหนักบรรทุกที่กดภูมิประเทศให้ยุบ พร้อมแรงดีดกลับ
   • เส้นใยพลังงาน: กระแสพลังงานแบบเป็นระเบียบที่รวมตัว รวบเป็นมัด และปิดวงได้ ถูกภูมิประเทศชี้นำและพาเคลื่อน

อุปมาผิวน้ำ: ให้นึกว่าจักรวาลคือผิวน้ำ ความตึงผิวคือตัวแทนของความตึง และผิวน้ำเองคือมหาสมุทรพลังงาน เมื่อความตึง/ความโค้งต่างกัน เศษวัตถุลอยน้ำจะไหลตาม “ทางที่เดินง่าย” แล้วจัดเรียงเป็นเส้นเอ็น (เส้นใย) เส้นแบ่งเขต (กำแพง) และพื้นที่โล่ง (โพรงว่าง)

II. จุดเริ่ม: คลื่นริ้วเล็ก ๆ กลายเป็น “ทางที่เดินได้” อย่างไร

• ย่นเบา ๆ: มหาสมุทรพลังงานยุคแรกเกือบสม่ำเสมอแต่ไม่สมบูรณ์ ความต่างระดับเล็กน้อยให้สัญญาณนำทางตั้งต้น
• ความตึงให้ “ความลาด”: เพียงมีเกรเดียนต์ การรบกวนและสสารก็โน้มจะไหลตามทางลาดลง ขยายคลื่นริ้วให้กลายเป็นเส้นทาง
• ความหนาแน่นทำให้ลาด “แน่น”: การรวมตัวเฉพาะที่เพิ่มความหนาแน่น ขุดให้ความลาดเข้าด้านในชัดขึ้น การดีดกลับรอบข้างผลักสสารย้อนกลับ เกิดจังหวะ “อัด–ดีด”
• อุปมาผิวน้ำ: ใบไม้หรือเม็ดผงที่ตกบนผิวน้ำเรียบจะเปลี่ยนความตึง/ความโค้งเฉพาะที่ สร้าง “ลาดศักย์” บาง ๆ เศษรอบข้างจึงถูกดึงให้เข้ามารวมกัน

III. สาม “หน่วยภูมิประเทศ”: ทางเดิน ห้องเครื่อง (ปม) และโพรงว่าง

• สันและทางเดิน (ลาดยาว): ทางด่วนที่สสารและการรบกวนไหลเป็นแผ่นไปในทิศเดียวกัน ความเร็วและทิศจัดเรียงสอดคล้อง
• ปม (บ่อฉาบลึก): จุดบรรจบของหลายทางเดินที่กองมวลจนเกิดบ่อลึกและชัน เอื้อต่อการปิดวงและยุบตัว ก่อกำเนิดกระจุกและแกนกลาง
• โพรงว่าง (แอ่งดีดกลับ): พื้นที่ที่ถูกดูดวัตถุออกเรื้อรังและ “ขาดความตึง” จะดีดกลับทั้งมวล ต้านทานการไหลเข้าจนยิ่งโล่งและมีขอบชัด

อุปมาผิวน้ำ: รอบใบไม้เกิด “จุดรวม” (ปม) เม็ดผงไหลตาม สัน/ทางเดิน ไปยังจุดนั้น ส่วนไกลออกไปเกิด เขตน้ำใส (โพรงว่าง)

IV. สองแรง “เสริม”: อคติสากลที่ดึงเข้าด้านใน และการขัดละเอียดอย่างนุ่มนวล

• แรงโน้มถ่วงเชิงสถิติจากความตึง (อคติสู่ศูนย์โดยรวม):
  ในสภาพหนาแน่น อนุภาคไม่เสถียรแบบทั่วไปดึง–ฉีก–แล้วดึงซ้ำ แรงดึงตามเวลาคงอยู่ เมื่อเฉลี่ยอวกาศ–เวลา จะกลายเป็น “แรงพื้น” เรียบและดึงเข้าด้านใน ด้วยแรงพื้นนี้ ลาดยาวยิ่งยาว บ่อลึกยิ่งลึก โครงสร้างชั้นนอกถูกพยุงและรวบรวมได้ดีกว่าเดิม
• สัญญาณรบกวนเชิงความตึงเฉพาะที่ (การขัดละเอียด):
  เมื่ออนุภาคไม่เสถียรแบบทั่วไปสลาย/ทำลาย จะพ่นแพ็กเก็ตคลื่นละเอียดออกมา ซึ่งทับซ้อนกันเป็น “ลายผ้า” แบนด์กว้าง แอมพลิจูดต่ำ และมีอยู่ทั่วไป มันไม่เปลี่ยนภาพใหญ่ แต่ขัดมุมคมให้โค้งมน เพิ่มความรู้สึกเป็นเม็ดเนื้อ ทำให้ขอบดูเป็นธรรมชาติ

อุปมาผิวน้ำ: อคติสู่ศูนย์โดยรวมเสมือนการเลื่อนไหลอย่างช้า ๆ ของความตึงผิว ที่พาเศษลอยไปจุดรวม ส่วน “ลายละเอียด” คือเกลียวคลื่นเล็ก ๆ ที่ทำให้ขอบไม่แข็งเกินไป ภาพรวมจึงลื่นไหล

V. บทก้าวสี่จังหวะ: จาก “ริ้ว” สู่ “ลงตัว”

1. ริ้ว: ความต่างระดับตั้งต้นสร้าง “ทางที่เดินได้” บนแผนที่ความตึง
2. ไหลรวม: แผ่นการไหลไถล ลงตามลาดยาว เส้นใยและมหาสมุทรพลังงานรวมเป็นมัด บิดพัน และเชื่อมใหม่ในเขตเฉือน
3. ลงตัว: ภายใต้การบวกอย่างเรียบของแรงโน้มถ่วงเชิงสถิติจากความตึง มัดรวมเป็นเส้นใย เส้นใยซ้อนเป็นกำแพง กำแพงล้อมเกิดโพรง ปมลึกขึ้นเพราะการไหลเข้าต่อเนื่อง โพรงว่างขยายจากการดีดกลับยาวนาน
4. เก็บงาน: เจ็ต ลม และการเชื่อมใหม่ระบาย “ความตึงส่วนเกิน” ออกตามแกนขั้วหรือแนวสัน สัญญาณรบกวนเชิงความตึงเฉพาะที่ “ขัดขอบ” ให้กำแพงต่อเนื่องขึ้น เส้นใยสะอาดขึ้น โพรงว่างใสขึ้น

อุปมาผิวน้ำ:

• เศษลอย ถูกรวบ ภายใต้ “ลาดศักย์”
• ริมแพเกิดวัฏจักร รวม–ฉีก–รวมอีกครั้ง (การเชื่อมใหม่)
• เมื่อ ลม/กระแสระดับภูมิภาค เปลี่ยน ลวดลายทั้งผืนก็ จัดเรียงใหม่พร้อมกัน (วาดใหม่เป็นบล็อก)
• คลื่นริ้วเล็ก ทำมุมแหลมให้โค้งอ่อน

VI. ทำไม “ยิ่งคล้ายเครือข่ายแม่น้ำยิ่งเสถียร”: ป้อนกลับคู่

• ป้อนกลับบวก (เสริมตัวเอง): การรวมตัว → ความหนาแน่นเพิ่ม → อนุภาคไม่เสถียรแบบทั่วไปคึกคัก → แรงโน้มถ่วงเชิงสถิติจากความตึงแรงขึ้น → ยิ่งรวมตัวง่าย ลาดยาวและบ่อลึกจึงเสริมตัวเอง คล้ายร่องน้ำยิ่งไหลยิ่งขุดลึก
• ป้อนกลับลบ (ทรงตัวด้วยตนเอง): เขตใกล้แกนมีเฉือนและการเชื่อมใหม่ที่ปล่อยความตึง เจ็ตและลมนำพลังงานกับโมเมนตัมเชิงมุมออกไป ป้องกันการยุบเกินพอดี สัญญาณรบกวนเชิงความตึงเฉพาะที่ช่วยเกลี่ยริ้วคมเกินไป ไม่ให้ “แตกย่อย” จนเกินควร

อุปมาผิวน้ำ: ยิ่งรวมกันมาก สนามความตึงเฉพาะที่ยิ่งถูกเขียนทับ (บวก) ส่วนความหนืดและคลื่นริ้วช่วยกันไม่ให้ขอบ “ฉีก” เกินไป (ลบ) ทั้งคู่ช่วยตรึงโครง

VII. ลำดับชั้นหลายสเกล: บนเส้นใยมีเส้นใย ภายในกำแพงมีกำแพง

• ซ้อนชั้น: เส้นใยลำต้นแตกแขนงเป็นเส้นย่อย เส้นย่อยแยกเป็นเส้นละเอียด โพรงใหญ่มีฟองว่างชั้นรอง กำแพงหลักแทรกชั้นเปลือกบางและเส้นใยเล็ก
• จังหวะซ้อน: สเกลใหญ่ตอบสนองช้า สเกลเล็กตอบสนองเร็ว เมื่อชั้นใดชั้นหนึ่งถูกรบกวน การตอบสนองแพร่ไปในขีดจำกัดการแพร่ได้ ชั้นบน “วาดใหม่” ชั้นล่าง “ตามเกม”
• สหทิศเรขาคณิต: ในเครือข่ายเดียวกัน รูปทรง การมีขั้ว และสนามความเร็วมักเรียงตัวไปทิศเดียวกัน

อุปมาผิวน้ำ: วางใบไม้/ผงหลายขนาด หรือแตะน้ำยาล้างเล็กน้อย ลวดลายต่างสเกลจะเบนทิศพร้อมกัน ขอบที่อยู่ “แพเดียวกัน” มักชี้ทิศสอดคล้อง

VIII. ห้า “ภูมิประเทศ” บนท้องฟ้า

• โครงตาข่าย: เส้นใยและกำแพงถักเป็นรังผึ้ง แบ่งโพรงว่างออกเป็นช่อง
• กำแพงกระจุก: กำแพงหนาล้อมโพรง รอบกำแพงมีแนวสันคล้ายเส้นเอ็น
• มัดเส้นใยวางซ้อน: กลุ่มเส้นใยขนานหลายชุดลำเลียงสสารไปยังปมเดียว ทางเดินลื่นไหล ความเร็วสอดทิศ
• ทางแยกอานม้า: หลายทางเดินตัดกัน สนามความเร็วเปลี่ยนทิศผ่านแนวเฉือน เอื้อต่อการเชื่อมใหม่และการจัดโครงอีกครั้ง
• แอ่งและชั้นเปลือก: ภายในโพรงเรียบ ลาดขอบชัน กาแล็กซีเรียงเป็นแนวโค้งตามชั้นเปลือก

อุปมาผิวน้ำ: วงรังผึ้งที่ขอบแพ แถบผงที่ไขว้กัน และขอบโค้งของเขตน้ำใส ล้วนช่วยให้ “เห็นภาพในหัว” ล่วงหน้า

IX. สามกลศาสตร์สำคัญ: เฉือน เชื่อมใหม่ และล็อกอิน

• ชั้นเฉือน: แผ่นบางที่ไหลทิศเดียวกันแต่คนละความเร็วทำให้แผ่นการไหลยับย่นเป็นวังวนเล็กและการสั่น เพิ่มความหลากหลายของความเร็ว
• การเชื่อมใหม่: เมื่อความเชื่อมโยงของเส้นใยผ่านเกณฑ์ ข้อต่อจะ “ขาด–ต่อใหม่–ปิดวง” แปลงความตึงให้เป็นแพ็กเก็ตการรบกวนที่แพร่กระจาย ใกล้แกนพลังงานบางส่วนถูกทำให้เป็นความร้อน/ประมวลใหม่ เกิดการแผ่รังสีกว้างย่าน
• การล็อกอิน: ที่ปมซึ่งหนาแน่นสูง ความตึงสูง และมีสัญญาณรบกวนพื้นหนาแน่น เครือข่ายข้ามจุดวิกฤต ยุบและปิดตัวเป็นแกนที่ “รับเข้าแต่ออกยาก” แนวแกนขั้วกลายเป็นช่องต้านทานต่ำ เจ็ตพุ่งตรงได้นาน

อุปมาผิวน้ำ: แพชน–ฉีก–แล้วติดกัน ทิ้ง “เงามอร์โฟโลยี” ให้เห็นได้ แต่การทำทางให้น้ำพลังงาน (เจ็ต) ในจักรวาลแรงและยาวกว่ามาก อุปมานี้จึงใช้เพื่อความเข้าใจ ไม่ใช่จับคู่หนึ่งต่อหนึ่ง

X. วิวัฒน์ตามกาลเวลา: จากวัยเยาว์สู่เครือข่ายเต็มตัว

• วัยเยาว์: ริ้วตื้น รอยเส้นใยลาง ๆ จังหวะอัด–ดีดชัดเจน
• วัยเติบโต: ไหลรวมแรง เขตเฉือนมากขึ้น แรงโน้มถ่วงเชิงสถิติจากความตึง “ทำให้ภูมิประเทศหนา” มัดเส้นใย กำแพง และโพรงแบ่งบทบาทชัด
• ระยะเข้าร่างเครือข่าย: เส้นใยลำต้นเชื่อมปม โพรงถูกล้อมอย่างเรียบร้อย ปมมีเขตแอคทีฟระยะยาว เจ็ต ลม และการแปรแสงกลายเป็นภาวะปกติ
• การจัดใหม่: การรวมตัวและเหตุการณ์รุนแรงวาดภูมิประเทศบางส่วนใหม่ พื้นที่กว้างเปลี่ยนจังหวะพร้อมกัน เครือข่ายส่งไม้ต่อการเสริมกำลังสู่สเกลใหญ่ขึ้น

XI. ตรวจสอบด้วยการสังเกต: สิ่งที่ผู้อ่าน “มองเห็น” ได้

• กราฟการหมุนและจานนอกที่ถูกพยุง: ด้วยส่วน “ดึงเข้าด้านในแบบสากล” จากแรงโน้มถ่วงเชิงสถิติจากความตึง การชี้นำเข้าสู่ศูนย์ในเขตนอกจึงไม่ตกฮวบตามมวลที่มองเห็นเพียงอย่างเดียว ทำให้แท่นความเร็วถูกพยุงตามธรรมชาติ
• เลนส์ความโน้มถ่วงและลายละเอียด: อคติเรียบทำให้ส่วนโค้งและวงปิดก่อรูปง่ายขึ้น ลายละเอียดใกล้บริเวณคล้ายอานม้าสามารถเขย่าอัตราส่วนฟลักซ์และเสถียรภาพของภาพ
• การบิดเบือนในปริภูมิเรดชิฟต์: ลาดยาวจัดขบวนการไหลเข้าที่ทิศเดียวกัน กดเส้นชั้นความสัมพันธ์ให้สั้นตามแนวเส้นเล็ง บ่อลึกและชั้นเฉือนถูกยืดเป็น “นิ้วมือ” บนแผนที่
• การจัดแนวและอสมมาตรสเกลใหญ่: ในเครือข่ายเดียวกัน รูปทรง การมีขั้ว และสนามความเร็วเรียงทิศร่วม สันและทางเดินมอบ “ความรู้สึกทิศทาง”
• โพรงว่าง กำแพง และจุดเย็น: ปริมาตรดีดกลับขนาดใหญ่ทิ้งการเหลื่อมของอุณหภูมิที่ไม่ขึ้นกับความถี่ต่อโฟตอนที่ผ่านไป โครงสร้างตามชั้นเปลือกเชื่อมเป็นส่วนโค้ง สอดคล้องกับคุณลักษณะใน พื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก (CMB)

XII. เทียบเคียงกับภาพดั้งเดิมอย่างไร

• ต่างที่จุดเน้น: ภาพดั้งเด้นมุ่ง “มวล–ศักย์โน้มถ่วง” ส่วนภาพนี้มุ่ง “ความตึง–ภูมิประเทศชี้นำ” ในสนามอ่อนและเมื่อเฉลี่ย ทั้งสองด้านแปลงความหมายถึงกันได้ ที่นี่เราวางห่วงโซ่ครบวงจรจาก สื่อกลาง → โครงสร้าง → การชี้นำ
• สมมติน้อยลง เชื่อมโยงแน่นขึ้น: ไม่ต้อง “จ้างเสริม” เฉพาะกิจให้วัตถุแต่ละชนิด แผนที่ความตึงผืนเดียวกันอธิบายกราฟการหมุน เลนส์ บิดเบือน การจัดแนว และลายพื้นหลังไปพร้อมกัน
• สลับบทเล่าเชิงจักรวาลวิทยา: ในสเกลจักรวาล ภูมิประเทศที่ชี้นำด้วยความตึงเข้ามาแทนเรื่องเล่าแบบ “ยืดทรงกลมสมบูรณ์” เพียงเรื่องเดียว ในการอินเวิร์ต “การขยาย–ระยะทาง” ต้องบันทึกการคาลิเบรตแหล่งกำเนิดและเทอมเส้นทางอย่างชัดเจน

XIII. วิธี “อ่านแผนที่”

• วาดเส้นชั้นด้วยเลนส์: มองการขยายและความบิดเบือนของเลนส์เป็น “เส้นชั้นความสูง” เพื่อสเก็ตช์ความลาดและความลึก
• วาดเส้นกระแสด้วยสนามความเร็ว: ใช้การบีบ–ยืดตามแนวสายตาในปริภูมิเรดชิฟต์เป็น “ลูกศรการไหล” เพื่อขีดทางเดินและสี่แยก
• หา “การขัด” จากลายพื้นหลัง: ใช้พื้นวิทยุ/อินฟราเรดไกลแบบฟุ้ง การลูบเรียบสเกลเล็กในพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิก และโพลาไรซ์แบบวนเล็กน้อยเป็น “ระดับความสาก” เพื่อทำเครื่องหมายเขตลายละเอียด
• หลอมรวมหลายโมดาลิตีในภาพเดียว: ซ้อนทั้งสามชั้นเพื่อเห็นแผนที่รวมของ เส้นใย กำแพง โพรง และบ่อ บนผืนเดียวกัน

อุปมาผิวน้ำ: เสมือนมองจากด้านบน: กระแสใต้น้ำ + ขอบแพ + เขตน้ำใส ซ้อนกันจน “ภูมิประเทศบนผิวน้ำ” ชัดขึ้น

XIV. สรุป: แผนที่เดียว วางได้หลายปรากฏการณ์

• คลื่นริ้วสร้าง เส้นทาง ลาดยาวจัดการไหลรวม บ่อลึกรวบและล็อก โพรงว่างดีดกลับและถูกคว้าน
• แรงโน้มถ่วงเชิงสถิติจากความตึงทำให้โครงหลักหนาขึ้น ส่วนสัญญาณรบกวนเชิงความตึงเฉพาะที่ขัดขอบให้มนขึ้น
• เฉือน–เชื่อมใหม่–เจ็ต ปิดลูป จัดระเบียบ–ลำเลียง–ระบาย
• การซ้อนลำดับชั้น–การวาดใหม่เป็นบล็อก ทำให้เครือข่ายทั้งเสถียรและยืดหยุ่น

เรื่องเล่าความตึงผิวน้ำเป็นแว่นขยายที่ดี: มันทำให้ห่วงโซ่หลัก เกรเดียนต์ → การรวมตัว → การถักเครือข่าย → ป้อนกลับ ชัดเจนขึ้น แต่ต้องจำว่า ผิวน้ำคือพื้นผิวสองมิติ ขณะที่จักรวาลคือปริมาตรสามมิติ สเกลและกลไกจึงไม่ตรงกันแบบตัวต่อตัว เมื่อสวม “แว่นผิวน้ำ” มองท้องฟ้า ลวดลายของเส้นใย กำแพง ปม และโพรงว่าง จะเด่นชัดกว่าที่เคย