8.5 พลังงานมืดและค่าคงที่จักรวาล

หน้าแรก ／ บทที่ 8: ทฤษฎีกรอบคิดที่ทฤษฎีเส้นพลังงานจะท้าทาย

เป้าหมายสามขั้นตอน
เพื่อช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจ: ทำไมการเร่งความเร็วในจักรวาลช่วงท้ายถึงถูกเชื่อมโยงกับ "พลังงานมืด/ค่าคงที่จักรวาล (Λ)" และมันพบอุปสรรคในด้านการสังเกตและฟิสิกส์อย่างไร; และ EFT (ทฤษฎีเส้นพลังงาน) ได้ใช้ "ทะเลพลังงาน—ภูมิประเทศความตึงเครียด" อธิบายข้อมูลชุดเดียวกันโดยไม่ต้องแนะนำ "สิ่งที่มืด" เพิ่มเติมและเสนอเบาะแสที่สามารถตรวจสอบได้จากการเปรียบเทียบเครื่องมือหลายตัว

I. อธิบายตามแนวทางปัจจุบัน

1. ข้อเรียกร้องหลัก
   • การเร่งความเร็วในจักรวาลช่วงท้ายสามารถอธิบายได้โดยการใช้ความหนาแน่นพลังงานคงที่ (ค่าคงที่จักรวาล Λ) หรือ "พลังงานมืด" ที่มีค่า w ≈ −1
   • ส่วนนี้ไม่จับกลุ่มและมีความสม่ำเสมอเกือบทั้งหมด ส่งผลให้เกิดการผลักดันทางเรขาคณิต ทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างระยะทางและการยืด (redshift) ถูกขยายออกไปเมื่อเทียบกับกรณีที่ไม่มีพลังงานมืด
   • ในโมเดล ΛCDM, Λ ร่วมกับวัสดุและรังสีจะกำหนดการวิวัฒนาการของพื้นหลัง; การสังเกตที่เกี่ยวข้องกับระยะทางส่วนใหญ่ (ซุปเปอร์โนวา, BAO, ขนาดมุม CMB) สามารถจัดเข้ากับกรอบนี้ได้
2. ทำไมมันถึงได้รับความนิยม
   • พารามิเตอร์น้อย, เชื่อมโยงดี: ปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนในช่วงปลายจักรวาลถูกบีบให้เป็นพารามิเตอร์เดียว (Λ หรือ w)
   • การเหมาะสมที่มั่นคง: ในการประมาณค่าเบื้องต้น, มันสามารถอธิบายข้อมูลระยะทางจาก "เทียนมาตรฐาน/ไม้บรรทัดมาตรฐาน" ได้
   • คำนวณง่าย: สามารถเชื่อมต่อกับการจำลองทางคณิตศาสตร์และการอนุมานทางสถิติได้อย่างสะดวก
3. ควรเข้าใจอย่างไร
   • ค่าคงที่ Λ เป็นแค่ "ตัวแปรสำหรับบันทึกข้อมูล" ที่ใช้ทำให้ข้อมูลระยะทางเป็นระเบียบ ในขณะที่ต้นกำเนิดไมโครของมันยังไม่ได้รับการพิสูจน์จากการทดลอง
   • หากใช้ข้อมูลการเติบโตและแรงโน้มถ่วงที่มีความละเอียดมากขึ้น, มักจำเป็นต้องเพิ่ม "ป้อนกลับ/ระบบ/อิสระเพิ่มเติม" เพื่อรักษาความสอดคล้องระหว่างการวัดหลายๆ ชุด

II. ความยากลำบากและข้อโต้แย้งในการสังเกต

1. ปัญหาทางฟิสิกส์ (สองปัญหาคลาสสิก)
   • ความแตกต่างของพลังงานสุญญากาศ: การประมาณพลังงานจุดศูนย์ของควอนตัมแตกต่างกันอย่างมากกับ Λ ที่สังเกตได้, ขาดคำอธิบายที่เชื่อถือได้สำหรับ "ค่าธรรมชาติ"
   • ปัญหาความบังเอิญ: ทำไมในวันนี้, Λ ถึงมีค่าใกล้เคียงกับความหนาแน่นของวัสดุ, ทำให้การเร่งความเร็ว "เริ่มขึ้นพอดี?"
2. ความตึงเครียดระหว่างระยะทางและการเติบโต
   การใช้เครื่องมือที่เกี่ยวข้องกับระยะทาง (ซุปเปอร์โนวา, BAO, การอนุมาน CMB) มักจะมีความคลาดเคลื่อนระหว่างลักษณะพื้นหลังและอัตราการเติบโต/การขยายตัวของโครงสร้าง (การบิดเบือนเลนส์อ่อน, การรวมกลุ่ม, การบิดเบือนในอวกาศที่มีการยืด), ซึ่งต้องมีการแก้ไขโดยใช้ "ป้อนกลับหรือระบบ"
3. รูปแบบ "อ่อนแต่เสถียร" ในหลายเครื่องมือ
   ในตัวอย่างที่มีความแม่นยำสูง, ข้อผิดพลาดในระยะทาง, ความแปรปรวนของเลนส์อ่อน, การหน่วงเวลา มักจะพบการเบี่ยงเบนในทิศทางเดียวกันหรือขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม; หากมองว่าการเร่งความเร็วช่วงปลายเป็นเพียง "Λ ที่เหมือนกันทุกที่," กฎระเบียบในข้อผิดพลาดเหล่านี้จะขาดการอธิบายทางฟิสิกส์
4. ค่าใช้จ่ายของการถอยหลังจากการสัมพันธ์
   เพื่อ "ฟื้นฟู" ทั้งระยะทางและการเติบโต, มักจะต้องมีการแนะนำหลายวิธีเช่นการปรับค่า w ตามเวลา, การเชื่อมต่อพลังงานมืด, และการปรับแก้แรงโน้มถ่วง, ทำให้การอธิบายจาก "พารามิเตอร์น้อย" กลายเป็นการประกอบ

สรุปสั้น
พลังงานมืด/Λ ในระดับแรกทำให้ข้อมูลระยะทางเป็นระเบียบ, แต่เมื่อเรานำการเติบโต, เลนส์, และข้อผิดพลาดตามทิศทาง/สภาพแวดล้อมมาใช้, Λ ที่เหมือนกันทุกที่จะไม่สามารถอธิบายข้อมูลทั้งหมดได้, และต้นกำเนิดไมโครของมันยังคงเป็นคำถามที่ไม่ได้คำตอบ

III. การอธิบายใหม่ของ EFT และการเปลี่ยนแปลงที่สามารถสังเกตได้

EFT ในประโยคเดียว
แทนที่จะเชื่อมโยง "การเร่งความเร็ว" กับสสารใหม่หรือค่าคงที่, EFT มองว่ามันเป็นการวิวัฒนาการที่ช้าๆ ของพื้นหลังความตึงเครียดในทะเลพลังงานในจักรวาลช่วงปลาย (ผลกระทบที่ช้าๆ ของพื้นหลังที่ความตึงเครียดลดลง) ซึ่งส่งผลให้เกิดการแดงแบบสองทาง (การแดงของแรงตึงเครียด + การแดงตามเส้นทางวิวัฒนาการ) และแรงโน้มถ่วงทางสถิติที่เกิดจากการเคลื่อนไหว (STG). กล่าวอีกนัยหนึ่ง, Λ ไม่ใช่ "สิ่งมีตัวตน," แต่เป็น "ตัวแปรสำหรับบันทึก"—บันทึกการเคลื่อนที่ของพื้นหลังความตึงเครียดที่สะสม

การเปรียบเทียบที่เข้าใจง่าย
นึกถึงจักรวาลเหมือนทะเลที่ค่อยๆ ผ่อนคลาย. ความตึงเครียดบนผิวน้ำของทะเลลดลงอย่างช้าๆ ในขนาดใหญ่:

• แสงที่เดินทางข้ามทะเลที่ค่อยๆ เปลี่ยนแปลงนี้จะสะสมการเปลี่ยนแปลงที่ไม่มีการกระจาย (ดูเหมือนว่าระยะทาง "ขยาย" ได้เร็วขึ้น);
• การเคลื่อนที่และการรวมตัวของสสารได้รับการแก้ไขเล็กน้อยโดยแรงโน้มถ่วงทางสถิติที่ความตึงเครียด (การเติบโต "ยุบตัว" เล็กน้อย).
  เมื่อรวมทั้งสองเข้าด้วยกัน, ผลลัพธ์ที่ได้คือ "การเร่งความเร็วในช่วงท้าย" ที่ดูเหมือนจะเกิดขึ้นโดยไม่ต้องใช้ "Λ ที่เหมือนกันทุกที่และไม่เปลี่ยนแปลง"

สามข้อหลักในการอธิบายใหม่ของ EFT

1. การลดลงในสถานะ:
   • Λ/พลังงานมืด ไม่ใช่ "สิ่งที่จำเป็น" แต่เป็น "ตัวแปรสำหรับบันทึก" การเคลื่อนที่ของพื้นหลังความตึงเครียด.
   • การ "ปรากฏการณ์ของการเร่งความเร็ว" ในทั้งสองช่วงต้นและท้ายเกิดจากการตอบสนองของความตึงเครียดในระดับที่แตกต่างกัน (สอดคล้องกับหัวข้อ 8.3)
2. การอธิบายสองทาง (ระยะทางและการเติบโต):
   • ปรากฏการณ์ระยะทาง: ส่วนใหญ่เกิดจากการสะสมของการแดงตามเส้นทางวิวัฒนาการ + การแดงจากแรงตึงเครียด
   • ปรากฏการณ์การเติบโต: กำหนดโดยการปรับแรง STG ในขนาดใหญ่
     → ทำให้ระยะทางและการเติบโตไม่จำเป็นต้องผูกพันกันอีกต่อไป, ลดข้อผิดพลาดของระบบระหว่างกัน
3. การใช้ใหม่ในทางสังเกต:
   • ใช้แผนที่แรงตึงเครียดร่วมกัน เพื่อลดข้อผิดพลาดทิศทางของซุปเปอร์โนวา/BAO และความแตกต่างในขนาดใหญ่ของการบิดเบือนเลนส์, ทำให้ทั้งสองแสดงการลดลงในทิศทางเดียวกัน; หากแต่ละตัวต้องการ "แพทช์" ที่แตกต่างกัน, ก็ไม่สอดคล้องกับ EFT
   • ข้อจำกัดการไม่กระจาย: การแดงที่ตามเส้นทางเดียวกันในแสง, อินฟราเรดใกล้, และคลื่นวิทยุควรจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน; หากเกิดการเบี่ยงเบนสีอย่างชัดเจน, ก็ไม่สามารถสนับสนุนการ "การแดงตามเส้นทางวิวัฒนาการ"

การเปลี่ยนแปลงที่ผู้อ่านสามารถเข้าใจได้

• ระดับความคิด: การเร่งความเร็วในช่วงท้ายไม่ใช่ "การเพิ่มถังพลังงานใหม่," แต่เป็นการเปลี่ยนแปลงช้าๆ ของพื้นหลังความตึงเครียดที่แสดงออกในทั้งสองบัญชีของแสงและการเคลื่อนไหว
• ระดับวิธีการ: เปลี่ยนจาก "การทำให้ข้อผิดพลาดราบเรียบ" เป็น "การใช้ข้อผิดพลาดในการสร้างภาพ," รวมข้อผิดพลาดเล็กน้อยจากเครื่องมือหลายตัวให้เป็นแผนที่ความตึงเครียด + สนามการวิวัฒนาการ
• ระดับการคาดหวัง: ให้ความสนใจกับรูปแบบทิศทางที่อ่อนแอ, ความสอดคล้องของสภาพแวดล้อม, และว่า "แผนที่ฐานเดียว" สามารถใช้ได้หลายครั้งหรือไม่

การทำความเข้าใจผิดที่พบบ่อยและคำชี้แจงสั้นๆ

• EFT ปฏิเสธการเร่งความเร็วในช่วงท้ายหรือไม่? ไม่. เราเพียงแค่ทำการอธิบายใหม่ของ "สาเหตุของการเร่งความเร็ว." การปรากฏตัวของ "ยิ่งไกล ยิ่งแดง/ระยะทางยิ่งขยาย" ยังคงถูกเก็บรักษาไว้
• มันกลับไปที่การขยายตัวของมิติหรือไม่? ไม่. บทนี้ไม่ได้ใช้คำอธิบาย "การยืดขยายของพื้นที่โดยรวม"; การแดงมาจากการแดงของแรงตึงเครียด + การแดงตามเส้นทางวิวัฒนาการ
• มันจะทำให้การจำลองระยะทางของ ΛCDM ล้มเหลวไหม? ไม่. การปรากฏตัวของระยะทางยังคงถูกเก็บรักษาไว้; ความแตกต่างอยู่ที่การเติบโตซึ่งตอนนี้ถูกอธิบายตามธรรมชาติด้วย STG, ทำให้ข้อผิดพลาดระหว่างระยะทางและการเติบโตได้รับการอธิบายอย่างมีเหตุผล
• แค่เปลี่ยนชื่อ Λ หรือไม่? ไม่. EFT ต้องการให้ข้อผิดพลาดทิศทาง/สภาพแวดล้อมถูกจัดเรียงและใช้แผนที่ฐานเดียว; หากทำไม่ได้, ก็ไม่สามารถเรียกว่าเป็น "การอธิบายใหม่ของแผนที่ฐานเดียว"

สรุปของส่วนนี้
การยกการเร่งความเร็วทั้งหมดให้กับ "Λ ที่เหมือนกันทุกที่" อาจดูเรียบง่าย แต่ก็ทำให้ข้อผิดพลาดที่มีความเสถียรและอ่อนแอในทิศทาง, สภาพแวดล้อม, และข้อผิดพลาดระหว่างการเติบโตและระยะทางกลายเป็น "ข้อผิดพลาด." EFT มองว่ามันเป็นสัญญาณภาพของการเปลี่ยนแปลงช้าๆ ของพื้นหลังความตึงเครียด:

• การปรากฏตัวของระยะทางมาจากการสะสมเวลาของการแดงจากแรงตึงเครียดสองประเภท
• การปรากฏตัวของการเติบโตมาจากการปรับเปลี่ยนเล็กน้อยของ STG
• ทั้งสองเกิดขึ้นบนแผนที่แรงตึงเครียดเดียวที่ใช้ได้หลายครั้ง
  ดังนั้น, "พลังงานมืดและค่าคงที่จักรวาล" จะสูญเสียความจำเป็นในการเป็นสิ่งมีตัวตนแยกต่างหาก, และข้อมูลการสังเกตจะได้รับการอธิบายเส้นทางที่สอดคล้องกันและมีการตรวจสอบหลายครั้ง