4.8 ผลของสเกล: หลุมดำเล็ก “ไว” หลุมดำใหญ่ “นิ่ง”

หน้าแรก ／ บทที่ 4: หลุมดำ

ยิ่งหลุมดำมีขนาดเล็ก การเปลี่ยนแปลงใกล้ขอบที่สังเกตได้ยิ่งเกิดเร็วและคม; ยิ่งหลุมดำมีขนาดใหญ่ การตอบสนองยิ่งช้าและราบรื่น นี่ไม่ใช่ความบังเอิญเชิงผิวเผิน แต่เกิดจากการที่ชั้นวิกฤตชั้นนอก เขตเปลี่ยนผ่าน และแกนใน เปลี่ยนสเกลเวลา ความคล่องตัว ความหนา และสัดส่วนการระบายพลังงานเมื่อมวลเปลี่ยนไป

I. สเกลเวลาการตอบสนอง: เล็กสั้น ใหญ่ยาว

1. แหล่งที่มาของเวลา: ปรากฏการณ์ใกล้ขอบต้องอาศัย “มหาสมุทรพลังงาน” ส่งต่อสัญญาณผ่านชั้นผิวและเขตเปลี่ยนผ่าน ความเร็วส่งต่อสูงสุดถูกกำหนดโดยความตึงเฉพาะที่ ขณะที่ระยะทางลักษณะเพิ่มตามขนาดของหลุมดำ หลุมดำเล็กจึงมีระยะทางสั้น วงส่งต่อจบเร็ว; หลุมดำใหญ่มีระยะทางยาว วงส่งต่อจบช้า
2. ผลที่เห็นได้ชัด:

• หลุมดำเล็ก: ช่วงยกตัวและตกลงระดับ “นาที–ชั่วโมง” พบได้บ่อย “ขั้น” ของซองเสียงสะท้อนชิดกัน
• หลุมดำใหญ่: การเปลี่ยนแปลงระดับ “ชั่วโมง–เดือน–ปี” พบได้บ่อยกว่า ยอดสะท้อนห่าง และซองราบกว่า

II. ความคล่องตัวของชั้นผิว: เล็ก “เบา” ใหญ่ “หนัก”

1. ความหมาย:
   ความคล่องตัวคือระดับที่ชั้นวิกฤตชั้นนอกยอมขยับเมื่อได้รับสิ่งเร้าเท่าเดิม
2. เหตุผลที่ต่างกัน:
   ในระบบขนาดเล็ก แพตช์เล็ก ๆ บนแถบวิกฤตมี “งบประมาณความตึง” น้อย การยกตัวเฉพาะที่หรือการจัดรูปเรขาคณิตใหม่ทำให้เส้นความเร็ว “ที่ต้องการ” ตัดกับเส้น “ที่อนุญาต” ชั่วคราวได้ง่าย จึงขยับง่ายกว่า ในระบบขนาดใหญ่ สิ่งเร้าเดียวกันถูกเฉลี่ยบนพื้นที่กว้างและฉากหลังลึกกว่า ชั้นวิกฤตชั้นนอกจึงไม่อยากขยับ
3. อาการที่พบ:

• หลุมดำเล็ก: “รูพรุนฉับพลัน” ติดสว่างง่าย การเจาะตามแกนเชื่อมต่อได้ง่าย แถบวิกฤตคล้าย “กลองหนังบาง”
• หลุมดำใหญ่: แถบวิกฤตมั่นคงทั้งผืน ต้องสะสมพลังงานและอคติทางเรขาคณิตมากจึงยอมถอย คล้าย “กลองหนังหนา”

III. ความหนาของเขตเปลี่ยนผ่าน: เล็กบางไว ใหญ่หนาซับ

1. มุมมองวัสดุศาสตร์:
   เขตเปลี่ยนผ่านทำหน้าที่เป็น “ชั้นลูกสูบ” ที่แบก เก็บ และปล่อยความเค้น ระบบใหญ่มีสเกลเรขาคณิตและทุนความตึงสูง จึงก่อชั้นกันกระแทกหนาโดยธรรมชาติ ระบบเล็กมักมีชั้นกันกระแทกบาง
2. ความต่างด้านหน้าที่:

• ชั้นบาง (หลุมดำเล็ก): เก็บได้ไม่มาก ถูกกระตุ้นปุ๊บก็ส่งออกทันที แสดงเป็นพัลส์คมและออกเป็นกลุ่ม
• ชั้นหนา (หลุมดำใหญ่): “บด” อินพุตให้ละเอียดแล้วค่อย ๆ ปล่อย แสดงเป็นการยกตัวต่อเนื่องและแสงค้างราบรื่น

IV. แนวโน้มการแบ่งสัดส่วนการไหล: ทางต้านทานต่ำกว่ามักได้ส่วนแบ่งมากกว่า

ฟลักซ์ที่หลุดออกจะแบ่งไปตามสามเส้นทาง—รูพรุนฉับพลัน การเจาะตามแกน และการลดสภาพวิกฤตแบบแถบริม—ตามหลัก “ความต้านทานน้อยสุด” การเปลี่ยนสเกลทำให้ความต้านทานสัมพัทธ์ของทั้งสามทางเปลี่ยนอย่างเป็นระบบ:

1. หลุมดำเล็ก:

• เกณฑ์การเจาะต่ำ: อคติตามแกนเชื่อมรูเป็นเส้นได้ง่าย เกิดเจ็ตแข็งตรง
• ความหนาแน่นรูสูง: ชั้นผิวง่ายต่อการถูกเขียนใหม่ พบกลุ่มรูบ่อย “ฐานรั่วนุ่ม” โผล่–หายเป็นระยะ
• แถบริมอ่อนกว่า: แม้มีแถบ แต่จัดแนวระยะไกลและคงอยู่ได้นานยาก สัดส่วนการไหลมุมกว้างและการประมวลผลซ้ำจึงน้อยกว่า

2. หลุมดำใหญ่:

• แถบริมเด่น: ความยาวการจัดแนวด้วยเฉือนมากขึ้น ทำให้การลดวิกฤตแบบแถบเสถียรกว่า เสริมการไหลมุมกว้างและการประมวลผลซ้ำ
• การเจาะ “เรื่องมาก”: การสร้างช่องตามแกนให้คงอยู่ มักต้องอุปทานต่อเนื่องและทิศทางคงที่
• รูพรุนห่างแต่ใหญ่: รูเดี่ยวอายุยืนขึ้นแต่เกิดไม่บ่อย แนวโน้มขับด้วยเหตุการณ์

V. เช็กลิสต์หน้าเดียว: ภาพเงาเชิงสังเกตของ “ไว” (เล็ก) และ “นิ่ง” (ใหญ่)

1. หลุมดำเล็กมักมี:

• ความแปรผันเร็วระดับนาที–ชั่วโมง
• ยอดสเปกตรัมแข็งถี่กว่า
• ปมเจ็ตเรียงเป็นสายเคลื่อนออกด้านนอก
• “ขั้นร่วม” ในหน้าต่างเดียวกันเด่นและชัน
• โพลาไรเซชันใกล้แกนสูงกว่าและจัดระเบียบใหม่เร็วตามเหตุการณ์

2. หลุมดำใหญ่มักมี:

• การส่ายช้าระดับวัน–เดือน
• องค์ประกอบการประมวลผลซ้ำและการสะท้อนหนา
• การสว่างเป็นแถบริมอยู่นาน
• การดูดกลืนเลื่อนน้ำเงินและลายนิ้วมือของลมดิสก์ที่เสถียร
• โพลาไรเซชันเปลี่ยนแบบนุ่มนวลเป็นหลัก มีการพลิกแถบร่วมตำแหน่งกับบริเวณสว่างแต่จังหวะช้ากว่า

ความแตกต่างเหล่านี้ไม่排斥กัน ทั้งสามเส้นทางมักอยู่ร่วมกัน เพียงแต่เส้นทางที่ครองอำนาจจะเปลี่ยนไปตามสเกล

VI. สรุป

เมื่อสเกลมวลเปลี่ยน “วัสดุศาสตร์ของย่านใกล้ขอบ” ก็เปลี่ยนตาม หลุมดำเล็กมีเส้นทางสั้น ชั้นผิวเบา และเขตเปลี่ยนผ่านบาง จึงตอบสนองไว คม และเจาะตามแกนได้ง่าย หลุมดำใหญ่มีเส้นทางยาว ชั้นผิวหนัก และเขตเปลี่ยนผ่านหนา จึงนิ่ง ราบรื่น และชอบไหลเลียบขอบ ด้วยภาพจำนี้ เราอธิบายเชิงโครงสร้างได้ว่าทำไมแหล่งหนึ่งจึงชอบเกิดเจ็ต ขณะที่อีกแหล่งโน้มไปทางลมจากจานสะสมมวล