4.4 แกนกลาง: โครงสร้างลำดับชั้นของทะเลเส้นใยหนาแน่นสูง

หน้าแรก ／ บทที่ 4: หลุมดำ

ภายในแกนกลางของหลุมดำไม่ได้ว่างเปล่า แต่เป็น “ทะเล” ของเส้นใยที่มีความหนาแน่นสูงมากและกำลังปั่นป่วนอย่างต่อเนื่อง มีแถบเฉือนและจุดวาบจากการเชื่อมต่อใหม่ปรากฏอยู่ทั่วไป เส้นใยมักพยายามม้วนรวมเป็นโครงร่างที่มีเสถียรภาพ แต่ยากจะคงอยู่ยาวนาน จึงมักโผล่มาเพียงชั่วคราวในรูปอนุภาคไม่เสถียรแล้วสลายตัว สิ่งที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวจะกลายเป็นสัญญาณรบกวนฉากหลังแบบความถี่กว้าง ช่วยกวนให้แกนกลางคงสภาพ “เดือดพล่าน” สัญญาณรบกวนนี้จึงเป็นทั้งผลลัพธ์โดยตรงของความเดือด และเป็นเชื้อเพลิงที่ทำให้ความเดือดดำรงอยู่

I. ภาพรวมพื้นฐาน: ซุปข้น การเฉือน และจุดวาบ

• ซุปข้น: เส้นใยอัดแน่นจนการไหลมีทั้งความหนืดและความยืดหยุ่น ส่งผลให้สื่อกลางมีลักษณะเหมือน “ซุปข้น” ที่หนักและกระเพื่อมอยู่ตลอดเวลา
• แถบเฉือน: ชั้นบาง ๆ ที่อยู่ติดกันไหลด้วยความเร็วต่างกัน เกิดเขตเฉือนขยายยาว ซึ่งสะสมความตึงและเป็นจุดที่โครงสร้างถูกเขียนใหม่ได้ง่าย
• จุดวาบจากการเชื่อมต่อใหม่: ใกล้สภาวะวิกฤต การเชื่อมโยงระหว่างเส้นใยจะปรับเส้นทางอย่างรวดเร็ว ทุกครั้งที่เชื่อมต่อใหม่ ความตึงเฉพาะที่จะแปลงเป็นกลุ่มคลื่น ความร้อน หรือการไหลในสเกลที่ใหญ่ขึ้น

II. โครงสร้างลำดับชั้น: สามระดับจากจุลภาคถึงมหภาค

• ระดับจุลภาค: ท่อนเส้นใยและห่วงขนาดเล็ก
  ท่อนเส้นใยมักรวมตัวเองและพยายามปิดเป็นห่วงม้วนเล็ก ๆ แต่แรงอัดในแกนกลางรุนแรงและถูกรบกวนจากรอบข้างถี่มาก จึงเสียเสถียรเกือบทันที ห่วงเหล่านี้จึงปรากฏเป็นอนุภาคไม่เสถียรอายุสั้น ก่อนสลายตัว
• ระดับกึ่งจุล–กึ่งมหภาค: แถบที่เรียงตัวตามการเฉือน
  คลื่นไหวระดับจุลภาคถูกแรงเฉือนดึงให้เหยียดยาวและเรียงไปตามทิศเดียวกัน กลายเป็นแถบเรียงตัว ระหว่างแถบมีผิวลื่นไถลบาง ๆ ที่คอยสะสมและปล่อยความตึงสลับกัน
• ระดับมหภาค: หน่วยการพลุ่งพล่าน
  หลายแถบไหลมารวมกันเกิดเป็นหน่วยการพลุ่งพล่านที่มีมวลมาก หน่วยเหล่านี้ค่อย ๆ เคลื่อนที่ ควบรวม และแยกตัว เป็นตัวกำหนดจังหวะโดยรวมและการกระจายพลังงานของแกนกลาง

ทั้งสามระดับผสานเชื่อมโยงกัน ระดับจุลภาคที่ม้วนไม่สำเร็จเป็นทั้งวัตถุดิบและแหล่งรบกวนให้ระดับกึ่งจุล–กึ่งมหภาค แถบที่เรียงตัวในระดับกึ่งจุล–กึ่งมหภาคทำหน้าที่เป็น “โครงกระดูก” ให้การพลุ่งพล่านระดับมหภาค ส่วนการไหลเวียนย้อนกลับและการหดตัวในระดับมหภาคจะอัดพลังงานย้อนคืนสู่สเกลเล็ก ปิดวงจรการแลกเปลี่ยนข้ามสเกล

III. บทบาทของอนุภาคไม่เสถียร: กำเนิด สลาย และการกวนซ้ำ

• กำเนิดต่อเนื่อง
  สภาพหนาแน่นและความตึงสูงผลักดันให้ท่อนเส้นใยมุ่งสู่การม้วนรวม ห่วงที่เพิ่งเกิดใหม่จำนวนมากอยู่ใกล้ขีดจำกัดตั้งแต่ต้น จึงดำรงอยู่ได้เพียงชั่วครู่ในรูปอนุภาคไม่เสถียร
• สลายอย่างรวดเร็ว
  แรงอัดจากภายนอกยังทวีขึ้น การประสานภายในช้าลงเพราะความตึงสูง อีกทั้งบริเวณรอบข้างเต็มไปด้วยกลุ่มคลื่นที่เฟสไม่ตรงกัน ปัจจัยเหล่านี้ร่วมกันทำให้การม้วนพังทลายอย่างรวดเร็ว
• อัดฉากหลังด้วยสัญญาณรบกวน
  เมื่อสลายตัว จะพ่นสัญญาณรบกวนความถี่กว้างแต่แอมพลิจูดต่ำกระจายทั่วสื่อกลาง ซึ่งถูกแกนกลางดูดซับและขยายกลายเป็นพลังการกวนชุดใหม่
• วงจรป้อนกลับเชิงบวก
  ยิ่งเกิดอนุภาคไม่เสถียรมาก ก็ยิ่งมีสัญญาณรบกวนฉากหลังมาก และเมื่อฉากหลังแรงขึ้น การม้วนที่เพิ่งเกิดใหม่ก็ยิ่งถูกทำลายง่ายขึ้น ความเดือดจึงรักษาตัวเองได้

แก่นสำคัญคือ แกนกลางไม่ได้ “ไร้การม้วน” แต่เป็น “การม้วนที่ถูกลองซ้ำแล้วซ้ำเล่าและถูกทำลายซ้ำแล้วซ้ำเล่า” การสลายของอนุภาคไม่เสถียรไม่ใช่เสียงรบกวนประกอบ แต่เป็นหนึ่งในเชื้อเพลิงหลักของความเดือดในแกนกลาง

IV. วัฏจักรของสสาร: ดึงเส้นใย คืนเส้นใย และจัดระเบียบใหม่

• ดึงเส้นใย: การเพิ่มของความตึงเฉพาะที่ร่วมกับการรวมตัวทางเรขาคณิต จะดึงเนื้อทะเลให้กลายเป็นท่อนเส้นใยที่มีระเบียบมากขึ้น
• คืนเส้นใย: ท่อนเส้นใยที่เกินขีดทนจะคลายตัวกลับไปเป็นองค์ประกอบของทะเลที่กระจายตัวกว่าเดิม
• จัดระเบียบใหม่: แรงเฉือนและการเชื่อมต่อใหม่จะเขียนวิธีเชื่อมโยงของเส้นใยซ้ำอย่างต่อเนื่อง ช่องทางใหม่เปิด ช่องทางเก่าปิด รูปร่างโดยรวมจึงค่อย ๆ เคลื่อนย้ายตามกาลเวลา
• สองสถานะร่วมอยู่: แกนกลางมีสององค์ประกอบเสมอ คือ ฟลักซ์ที่เรียงตัวค่อนข้างสม่ำเสมอและมีความสอดประสานสูง ทำหน้าที่เหมือน “โครงกระดูก” และสัญญาณรบกวนฉากหลังที่ไม่เป็นระเบียบและกว้างย่านความถี่ ทำหน้าที่เหมือน “ความร้อน” ทั้งสองคุมถ่วงซึ่งกันและกัน และร่วมกันกำหนดความอ่อนตัวของระบบในชั่วขณะนั้น

V. สมดุลพลังงาน: กัก ปลดปล่อย และส่งผ่านในวงปิด

• กักเก็บ: ความโค้งและการบิดเกลียวทำให้ความตึงถูกกักในเรขาคณิตของเส้นใยในรูป “พลังงานเชิงรูปทรง” แถบที่เรียงตามแรงเฉือนทำหน้าที่เหมือนสปริง ยิ่งดึงยิ่งตึง
• ปลดปล่อย: การเชื่อมต่อใหม่ปลดล็อกพลังงานเชิงรูปทรงให้กลายเป็นกลุ่มคลื่นและความร้อน การสลายของการม้วนที่ล้มเหลวก็ปล่อยพลังงานเสริมฉากหลังเช่นกัน
• ส่งผ่าน: พลังงานเดินทางข้ามสเกล กลุ่มคลื่นขนาดเล็กหลอมเข้าเป็นแถบ ขณะที่การไหลย้อนระดับใหญ่จะอัดพลังงานกลับลงสู่สเกลเล็ก
• วงจรปิด: การกัก ปลดปล่อย และส่งผ่านเกิดซ้ำไปมา ทำให้แกนกลางคงความเคลื่อนไหวได้โดยไม่ต้องพึ่งพาพลังงานจากภายนอกอย่างต่อเนื่อง แม้พลังงานจากภายนอกจะเสริมความแรงของวงจรได้ แต่ไม่ใช่เงื่อนไขจำเป็นต่อการดำรงอยู่

VI. ลักษณะด้านเวลา: เป็นพัก ๆ ความทรงจำ และการฟื้นตัว

• เป็นพัก ๆ: การเชื่อมต่อใหม่และการสลายไม่ได้เกิดแบบสม่ำเสมอ แต่ปะทุเป็นชุด ๆ
• ความทรงจำ: หลังเหตุการณ์รุนแรง ระดับสัญญาณรบกวนฉากหลังจะสูงอยู่ช่วงหนึ่ง ทำให้การม้วนที่เกิดใหม่ล้มเหลวง่ายขึ้น
• การฟื้นตัว: เมื่ออินพุตจากภายนอกอ่อนแรงลง แถบที่เรียงตามแรงเฉือนจะค่อย ๆ ผ่อนกลับสู่ระดับความตึงที่ต่ำกว่า และสัญญาณรบกวนฉากหลังลดลง แม้จะไม่ค่อยกลับสู่ศูนย์สนิท

VII. สรุป

แกนกลางทำงานเสมือน “เครื่องกวน” ที่รักษาตัวเองได้ เส้นใยพยายามม้วนรวมอยู่ตลอดเวลาและถูกทำลายอยู่ตลอดเวลา แถบเฉือนและจุดวาบจากการเชื่อมต่อใหม่ผลัดกันขับเคลื่อนในหลายสเกล ทำให้ความตึงถูกกัก ปลดปล่อย และส่งผ่านเป็นวัฏจักร การสลายของอนุภาคไม่เสถียรเติมสัญญาณรบกวนฉากหลังอย่างไม่ขาดสาย ซึ่งเป็นทั้งผลของความเดือดและเหตุที่ทำให้มันยืนยาว