1.15: กลไกของการเลื่อนแดง: การเลื่อนแดงของศักย์แรงตึงเป็นสีพื้น, การเลื่อนแดงของวิวัฒนาการเส้นทางเป็นการปรับละเอียด

หน้าแรก ／ ทฤษฎีเส้นใยพลังงาน (V6.0)

I. ตอกย้ำแกนหลัก: จักรวาลไม่ได้ขยายตัว แต่มันกำลังผ่อนคลายและวิวัฒน์.

จักรวาลไม่ได้ขยายตัว แต่มันกำลังผ่อนคลายและวิวัฒน์. เมื่อเอามาวางในโจทย์การเลื่อนแดง ความหมายของประโยคนี้คือ “คำอธิบายอันดับหนึ่ง” ไม่ใช่ “อวกาศยืดแสงให้ยาวขึ้น” แต่คือ “สภาวะทะเลเปลี่ยน จังหวะเปลี่ยน”

ทฤษฎีเส้นใยพลังงาน (EFT) มองจักรวาลเป็นทะเลพลังงาน โดยแรงตึงฐานของทะเลนี้ค่อยๆ เปลี่ยนบนสเกลเวลายาวมาก ยิ่งยุคแรกยิ่งตึง ยิ่งยุคหลังยิ่งคลาย และทันทีที่แรงตึงเปลี่ยน จังหวะภายในของโครงสร้างที่เสถียรทั้งหมด หรือ “นาฬิกาในตัวมันเอง” ก็ถูกเขียนใหม่ตามไปด้วย

ดังนั้น การเลื่อนแดงจึงพูดให้อยู่ในประโยคที่ท่องซ้ำได้ว่า

การเลื่อนแดงคือการอ่านค่าจังหวะข้ามยุค โดยใช้ “นาฬิกาของวันนี้” ไปอ่าน “จังหวะของวันนั้น”

สิ่งที่ตาเราเห็นว่า “แดงขึ้น” จึงกำลังบอกก่อนอย่างอื่นว่า ปลายทางฝั่งแหล่งกำเนิดกับปลายทางฝั่งผู้สังเกต ไม่ได้ซิงก์กันบนกรอบอ้างอิงของจังหวะเดียวกัน

II. การเลื่อนแดงในทฤษฎีเส้นใยพลังงานวัดอะไรจริงๆ: ไม่ใช่แสงแก่ตัวเอง แต่เป็น “อัตราส่วนจังหวะของปลายทาง” ที่เปลี่ยน

ภาพที่เห็นของการเลื่อนแดงคือ เส้นสเปกตรัมเลื่อนไปทางสีแดงทั้งชุด ความถี่ต่ำลง ความยาวคลื่นยาวขึ้น เรื่องเล่าแบบเดิมมักเล่าเป็น “แสงถูกยืดมาตลอดทาง”

แต่ในทฤษฎีเส้นใยพลังงาน กรอบที่มาก่อนคือ “เทียบปลายทาง” เมื่อแสงมาถึง สิ่งที่เกิดขึ้นจริงคือการเทียบค่า นำ “ลายเซ็นของจังหวะที่แสงพกมา” ไปจัดแนวกับกรอบอ้างอิงของจังหวะในพื้นที่ของเรา

ลองยึดภาพเปรียบเทียบที่เข้าใจง่ายมากนี้ไว้

เพลงเดียวกัน เปิดด้วยเครื่องเล่นเทปสองเครื่องที่รอบหมุนไม่เท่ากัน
เพลงไม่ได้ “เสีย” แต่ระดับเสียงจะสูงขึ้นหรือต่ำลงทั้งแผง
ที่ได้ยินต่ำลง ไม่ใช่เพราะ “เพลงถูกยืดมาตามทาง” แต่เพราะ “รอบอ้างอิงตอนเปิดเล่นต่างจากรอบอ้างอิงตอนบันทึก”

ในโจทย์การเลื่อนแดง กรอบอ้างอิงของจังหวะฝั่งแหล่งกำเนิดและกรอบอ้างอิงของจังหวะฝั่งเรา ก็เหมือน “เครื่องเล่นเทปสองเครื่องที่รอบหมุนต่างกัน” และแกนหลักในสเกลจักรวาลคือ รอบอ้างอิงนี้ค่อยๆ เปลี่ยนอย่างช้าๆ ในระยะยาว

III. นิยามของการเลื่อนแดงของศักย์แรงตึง: สีพื้นของการเลื่อนแดงมาจากความต่างศักย์แรงตึงที่ปลายทาง (ข้ามยุค/สนามแรงจัดอยู่กลุ่มเดียวกัน)

ส่วนนี้จะ “ล็อก” ชื่อย่อให้แน่น เพื่ออ้างอิงข้ามภาษาได้แบบไม่ไหลความหมาย

การเลื่อนแดงของศักย์แรงตึง (TPR)

กรอบอธิบายคือ ความต่างศักย์แรงตึงที่ปลายทาง → ความต่างจังหวะภายในที่ปลายทาง → ค่าอ่านออกมาเป็นการเลื่อนแดงหรือการเลื่อนน้ำเงินอย่างเป็นระบบ

แก่นของแนวคิดนี้อยู่ที่ “ปลายทาง” ไม่ใช่ “เส้นทาง” และมันตอบคำถาม 3 ข้อนี้

• ตอนที่แสงถูก “ประทับตรา” ที่ฝั่งแหล่งกำเนิด จังหวะภายในของที่นั่นเป็นเท่าไร
• ตอนที่แสงถูก “อ่านตรา” ที่ฝั่งผู้สังเกต จังหวะภายในของที่นี่เป็นเท่าไร
• เอามาเทียบกันแล้ว ฝั่งไหนช้ากว่า ฝั่งไหนเร็วกว่า

ถ้าบริเวณฝั่งแหล่งกำเนิด “ตึงกว่า” (แรงตึงสูงกว่า) จังหวะภายในของฝั่งแหล่งกำเนิดก็จะช้ากว่า ดังนั้นเส้นสเปกตรัมที่เกิดจากกลไกเดียวกัน เมื่อมาอ่านที่ฝั่งเรา จะมีแนวโน้ม “เลื่อนไปทางแดง” มากกว่า

จุดแข็งของการเลื่อนแดงของศักย์แรงตึงคือ มันรวม “การเลื่อนแดงสองแบบ” ที่มักถูกเล่าปนกัน ให้กลับมาอยู่บนกลไกเส้นเดียวกัน

• การเลื่อนแดงเชิงจักรวาลวิทยา: วัตถุที่ไกลมักสอดคล้องกับยุคที่ “เก่ากว่า” และในยุคที่เก่ากว่า แรงตึงฐานจะตึงกว่า → จังหวะฝั่งแหล่งกำเนิดช้ากว่า → สีพื้นของการเลื่อนแดงโดยรวมจึงถูกกำหนดจากกลไกนี้
• การเลื่อนแดงในสนามแรงจัดหรือ “เขตตึง” (เช่น ใกล้หลุมดำ): ไม่จำเป็นต้องเป็นยุคที่เก่ากว่า แต่พื้นที่ตึงกว่า → จังหวะฝั่งแหล่งกำเนิดช้ากว่า → ยังอยู่ในกลไกเดียวกัน

ตรงนี้ยังช่วย “ตอกเส้นแบ่ง” ที่จะถูกใช้ซ้ำบ่อยมากในบทต่อๆ ไปด้วยว่า “สีแดง” ความหมายแรกคือ “ตึงกว่า/ช้ากว่า” ไม่ได้แปลว่าต้อง “เก่ากว่า” เสมอไป ความเก่าเป็นเพียงแหล่งกำเนิดหนึ่งที่ทำให้ “ตึงกว่า” ได้ ส่วนหลุมดำและเขตตึงเฉพาะที่ก็ทำให้แสง “แดงขึ้น” ได้เช่นกัน

IV. ทำไมต้องแยกการเลื่อนแดงของวิวัฒนาการเส้นทางเพิ่ม: เพราะตามเส้นทางอาจมี “วิวัฒนาการเพิ่มเติม” แต่เป็นแค่การปรับละเอียด

ถ้าใช้แค่การเลื่อนแดงของศักย์แรงตึงเพื่ออธิบายการเลื่อนแดงทั้งหมด เราจะถูกบังคับให้ “ยัดทุกอย่างที่เกิดระหว่างทาง” เข้าไปให้จบที่ปลายทาง ซึ่งไม่พอ เพราะในโลกจริง เส้นทางที่แสงเดินทางผ่าน ไม่ได้ผ่านสภาวะทะเลเดียวและสเปกตรัมของจังหวะเดียวเสมอ บางครั้งแสงต้องข้ามบริเวณใหญ่มาก และในช่วงเวลาที่แสงกำลังข้ามอยู่นั้น สภาวะทะเลของบริเวณนั้นเองก็ยังคงเปลี่ยนต่อ

จึงต้องมีปริมาณตัวที่สองไว้บรรยาย “ผลของการวิวัฒนาการบนเส้นทาง”

การเลื่อนแดงของวิวัฒนาการเส้นทาง (PER)

กรอบอธิบายคือ หลังจากแยกสีพื้นจากความต่างแรงตึงฐานที่ปลายทางออกแล้ว หากแสงระหว่างการแพร่ผ่านต้องข้ามบริเวณเฉพาะที่ขนาดใหญ่ และเงื่อนไข “เวลาที่แสงใช้แพร่ภายในบริเวณนั้นยาวพอ” เป็นจริง พร้อมกันนั้นบริเวณนั้นมีวิวัฒนาการของแรงตึงที่ “เพิ่มจากแกนหลัก” เกิดขึ้น แสงจะสะสมการเลื่อนความถี่สุทธิขึ้นมาอีกชุดหนึ่งระหว่างการข้าม

เพื่อกันไม่ให้แนวคิดนี้ถูกใช้แบบครอบจักรวาล ต้องเขียนเงื่อนไข 3 ข้อให้ชัดและตายตัว

• ต้องเป็นบริเวณสเกลใหญ่ ถ้าเล็กจนแสง “ผ่านพริบตาเดียว” ก็ไม่มีอะไรให้สะสม
• ต้องใช้เวลาการแพร่ที่ยาวพอ เพราะนี่คือพจน์แบบสะสม ไม่มีเวลา ก็ไม่มีการสะสม
• ต้องเป็น “วิวัฒนาการเพิ่มเติม” ไม่ใช่แกนหลักของแรงตึงฐานระดับจักรวาล (ซึ่งถูกนับไปแล้วในความต่างที่ปลายทาง) แต่เป็นการเปลี่ยนเพิ่มของบริเวณหนึ่งเมื่อเทียบกับฐาน

พร้อมกันนั้นต้อง “ล็อกขนาดผล” ไว้ด้วย โดยทั่วไปการเลื่อนแดงของวิวัฒนาการเส้นทางเป็นเพียงการปรับละเอียดเล็กน้อยต่อสีพื้น ไม่ใช่ตัวหลัก สีพื้นเป็นพื้นหลังใหญ่ ส่วนมันเหมือนฟิล์มบางๆ ซ้อนทับ ไม่เปลี่ยนภาพหลัก แต่ช่วยเก็บรายละเอียดเฉพาะที่

นอกจากนี้ ทิศทางของผลลัพธ์ในหลักการอาจเป็นบวกหรือลบได้

• ถ้าบริเวณนั้นคลายตัวลงอีกระหว่างที่แสงกำลังผ่าน มักเห็นเป็นการสะสมการเลื่อนแดงเพิ่ม
• ถ้าบริเวณนั้นถูกอัดให้ตึงขึ้น หรือวิวัฒน์ย้อนทิศในช่วงใดช่วงหนึ่ง ก็อาจให้ผลสุทธิไปในทิศตรงข้ามได้

ในบทแรกนี้ ให้ถือว่ามันเป็น “พจน์การปรับละเอียด” ไปก่อน รายละเอียดจะถูกขยายในบทว่าด้วยวิวัฒนาการจักรวาลและการก่อรูปโครงสร้าง

V. สูตรประโยคเดียวที่ใช้ได้เสมอ: แยกการเลื่อนแดงทุกกรณีเป็น “สีพื้นของปลายทาง + การปรับละเอียดของเส้นทาง”

ตั้งแต่ส่วนนี้เป็นต้นไป หนังสือจะใช้กรอบเดียวกันในการพูดเรื่องการเลื่อนแดง ไม่เล่าปนหลายกลไกในลมหายใจเดียว

เริ่มจากถามเรื่องสีพื้นที่ปลายทางก่อน

• ความต่างศักย์แรงตึงที่ปลายทางมากแค่ไหน
• เป็นความต่างพื้นฐานเพราะ “อยู่ในยุคที่เก่ากว่า” ใช่หรือไม่
• หรือเป็นความต่างที่เกิดจาก “เขตตึงเฉพาะที่” กันแน่

จากนั้นค่อยถามเรื่องการปรับละเอียดบนเส้นทาง

• บนเส้นทางมี “เขตวิวัฒนาการเพิ่มเติม” ที่ยาวพอหรือไม่
• ถ้ามี ให้ซ้อนการแก้ไขเล็กน้อยเพิ่มเข้าไป
• ถ้าไม่มี ให้ยึดสีพื้นจากปลายทางเป็นหลัก

สรุปวิธีคิดเป็นประโยคเดียวได้ว่า ตั้งสีพื้นก่อน แล้วค่อยปล่อยให้การปรับละเอียดของเส้นทางเก็บรายละเอียด

VI. ทำไมจึงมักเห็นว่า “ยิ่งแดงยิ่งมืด”: สัมพันธ์สูง แต่ไม่จำเป็นต้องไปคู่กัน (แดง = ตึงกว่า; มืด = ไกลกว่า/พลังงานต่ำกว่า)

“แดง” หมายถึงตึงกว่า (ช้ากว่า)
ความหมายแรกของ “แดง” คือ จังหวะฝั่งแหล่งกำเนิดช้ากว่า และแรงตึงตึงกว่า ซึ่งมักมีที่มาหลัก 2 ทาง

1. สภาวะทะเลในยุคที่เก่ากว่า (จักรวาลในอดีตตึงกว่า)
2. บริเวณเฉพาะที่ที่ตึงกว่า (เช่น ใกล้หลุมดำ)

ดังนั้น “แดง” ไม่ได้พาไปสู่ข้อสรุปว่า “เก่ากว่า” เสมอ แสงใกล้หลุมดำไม่ได้ “เก่า” แต่ก็แดงได้มาก

“มืด” มีอย่างน้อย 2 แหล่งกำเนิด

3. ไกลกว่าในเชิงเรขาคณิต: แหล่งกำเนิดเดียวกันอยู่ไกลขึ้น ฟลักซ์พลังงานที่รับต่อหน่วยพื้นที่ก็ต่ำลง
4. เริ่มต้นก็พลังงานต่ำกว่าอยู่แล้ว: งบพลังงานฝั่งแหล่งกำเนิดต่ำกว่า กลไกการเปล่งแสงอ่อนกว่า หรือแพ็กเก็ตคลื่น “นิ่ม” กว่าตั้งแต่ต้น

ดังนั้น “มืด” ไม่ควรถูกแปลเท่ากับ “ระยะทาง” อย่างเดียว และจาก “มืด” ก็ไม่ได้สรุปว่า “ต้องแดง” เสมอ

แล้วทำไมของไกลจึงมัก “ทั้งมืดทั้งแดง” คำตอบคือมันเป็นโซ่ความสัมพันธ์เชิงสถิติ ไม่ใช่ความจำเป็นเชิงตรรกะ

5. ไกล → แสงใช้เวลาเดินทางนานขึ้น → สิ่งที่เห็นจึงมักเป็นแสงที่ปล่อยออกมา “เก่ากว่า” (ในเชิงสถิติ)
6. เก่ากว่า → แรงตึงฐานตึงกว่า → จังหวะภายในช้ากว่า → สีพื้นของการเลื่อนแดงจึงแดงขึ้น
7. พร้อมกันนั้น ไกล → การลดทอนเชิงเรขาคณิต → มืดลง

และการเลื่อนแดงเองก็ยังกด “ค่าอ่านพลังงานเมื่อมาถึง” ให้ต่ำลงอีก โดยทั่วไปสรุปได้เป็นสองข้อย่อย

• ความถี่ต่ำลง → ค่าอ่านพลังงานของแพ็กเก็ตคลื่นหนึ่งก้อนต่ำลง
• จังหวะการมาถึงช้าลง → จำนวนแพ็กเก็ตคลื่นที่มาถึงต่อหน่วยเวลาห่างขึ้น

จึงไม่แปลกที่ “มืด” กับ “แดง” มักมาคู่กันในตัวอย่างเชิงจักรวาลวิทยา

แต่เส้นแบ่งต้องชัด

8. แดงไม่ได้แปลว่ามืดเสมอไป: เขตตึงอย่างหลุมดำทำให้แดงมากได้ โดยไม่จำเป็นต้องหมายถึง “ไกลกว่า”
9. มืดก็ไม่ได้แปลว่าแดงเสมอไป: มืดอาจมาจากแหล่งกำเนิดอ่อนกว่า จากการถูกสื่อกลางเขียนค่าใหม่ หรือจากการเปลี่ยนแปลงการอ่านค่าแบบอื่นที่เกิดเมื่อสภาวะทะเลเฉพาะที่คลายตัว

ประโยคสรุปให้จบช่วงนี้คือ “แดง” ชี้ไปที่ “ตึงกว่า” ส่วน “มืด” มักชี้ไปที่ “ไกลกว่า”; “ไกลกว่า” มักชี้ไปที่ “เก่ากว่า”; และ “เก่ากว่า” มักชี้ไปที่ “ตึงกว่า” ดังนั้นมันจึงสัมพันธ์กันสูง แต่ไม่ใช่ข้อสรุปบังคับซึ่งกันและกัน

VII. มองการเลื่อนแดงเป็น “เครื่องเทียบเวลายุค”: ลงแรงน้อย ได้ข้อมูลมาก

ในทฤษฎีเส้นใยพลังงาน การเลื่อนแดงไม่ใช่ปรากฏการณ์ดาราศาสตร์โดดเดี่ยว แต่มันคือ “เครื่องเทียบเวลา” มูลค่าสูง ที่ทำให้กรอบอ้างอิงของจังหวะจากคนละยุค ถูกอ่านด้วย “ไม้บรรทัดและนาฬิกา” ชุดเดียวกันของพื้นที่เราได้

ดังนั้นวิธีใช้การเลื่อนแดงควรเป็นดังนี้

• ให้มองการเลื่อนแดงก่อนว่าเป็นลายนิ้วมือของ “ความไม่สอดคล้องของจังหวะ” ไม่ใช่รีบมองว่าเป็นลายนิ้วมือของ “อวกาศถูกยืด”
• แยกการเลื่อนแดงออกเป็น “สีพื้นจากปลายทาง” และ “การปรับละเอียดจากเส้นทาง” ก่อน แล้วค่อยไปคุยเรื่องการเขียนค่าใหม่รูปแบบอื่น (การกระเจิง การสูญเสียสหสอดคล้อง การคัดกรองที่ขอบเขต การทำให้ไหลเป็นช่องทาง ฯลฯ)
• ไม่ว่าเมื่อไร ให้เริ่มต้นด้วยคำถามเดียวเสมอว่า ความแดงที่เห็นนี้มาจาก “ความตึงของยุคที่เก่ากว่า” หรือมาจาก “ความตึงเฉพาะที่”

VIII. สรุปของหัวข้อนี้ (ประโยคหลักที่อ้างอิงได้ทันที)

• แหล่งหลักของการเลื่อนแดงคือ “ความต่างของจังหวะข้ามยุค” ไม่ใช่ “อวกาศยืดแสงให้ยาว”
• การเขียนค่าเพิ่มที่เกิดจากเส้นทางจะถูกซ้อนทับในผลรวมของการเลื่อนแดง โดยปลายทางให้สีพื้น ส่วนเส้นทางทำหน้าที่การปรับละเอียด
• ผลของเส้นทางมักผูกกับสภาพแวดล้อม: มืด ไกล เก่า ตึง มักเกิดร่วมกัน แต่ไม่ใช่คำพ้องความหมาย ต้องแยกวิเคราะห์
• ดังนั้น จักรวาลไม่ได้ขยายตัว แต่มันกำลังผ่อนคลายและวิวัฒน์. และการเลื่อนแดงยิ่งเหมือน “ป้ายบอกยุค” ที่หลงเหลือจากการที่แรงตึงและจังหวะค่อยๆ คลาย
• เมื่อนำไปเทียบกับการสังเกตแบบเทียนมาตรฐาน (เช่น แผนภาพฮับเบิลของซูเปอร์โนวาประเภท Ia) แนวโน้มหลักควรถูกอธิบายด้วยสีพื้นที่ปลายทาง ส่วนการกระจาย/เศษเหลือควรสัมพันธ์กับแรงตึงของสภาพแวดล้อมและวิวัฒนาการบนเส้นทาง มากกว่าจะถูก “ล็อกตาย” ด้วยตัวประกอบสเกลเชิงเรขาคณิตล้วนๆ เพียงตัวเดียว

IX. หัวข้อต่อไปจะทำอะไร

หัวข้อต่อไปจะเข้าสู่ฐานมืด ว่าด้วยสถานะเส้นใยอายุสั้นซึ่งนิยามเป็นอนุภาคไม่เสถียรแบบทั่วไป (GUP) ทำงานอย่างไรผ่านหลัก “ช่วงคงอยู่ทำหน้าที่ดึง ช่วงสลายโครงทำหน้าที่กระจาย” เพื่อปั้น “พื้นลาด” เพิ่มในความหมายเชิงสถิติ คือแรงโน้มถ่วงแรงตึงเชิงสถิติ (STG) และยกพื้นสัญญาณรบกวนพื้นหลังของแรงตึง (TBN) ให้สูงขึ้น จนสามารถให้คำอธิบายเชิงวัสดุศาสตร์แบบรวมศูนย์ได้ว่า “ทำไมจักรวาลจึงมืด” และ “ความมืดมาจากไหน”