3.4 Космічна холодна пляма: відбиток еволюційного зсуву до червоного вздовж променевого шляху

Головна ／ Розділ 3: Макроскопічний Всесвіт (V5.05)

I. Явище та запитання

• Незвично «холодніша» ділянка неба:
  Карти всього неба Космічного мікрохвильового фонового випромінювання (CMB) показують велику область із температурою трохи нижчою за оточення. Її форма стабільна, масштаб помітний. Це не схоже на дрібні випадкові флуктуації, тож пояснення «чистою випадковістю» малопереконливе.
• Холоднішою була від джерела чи змінилася в дорозі?
  Після вилучення переднього плану зниження температури майже не залежить від робочої частоти. Це свідчить, що причина не в локальному випромінюванні чи поглинанні. Лишаються дві можливості: сигнал був «уроджено» холоднішим у ранньому Всесвіті або щось змінило його вздовж променевої лінії зору.
• Зв’язок із великими структурами:
  Кілька незалежних спостережень натякають у цьому напрямку на дуже простору «розріджену» ділянку вздовж лінії зору. Якщо справді на шляху лежить великий об’єм із низькою густиною та низькою тенситністю поля, природно підозрювати ефект «вздовж шляху». Щоб пояснити «наскільки холодніше, чому і до якої міри», потрібен чіткий фізичний ланцюжок.

II. Пояснення фізичного механізму

1. «Підстроювання в дорозі», а не холодніше джерело:
   У Теорії енергетичних філаментів (EFT) світло — це пакети хвильових збурень, що поширюються в «морі енергії». Від раннього Всесвіту до нас вони перетинають безліч структур. Якщо карта тенситності (тенситність — локальний профіль «натягу» поля) залишається сталою під час проходження фотона, зсуви частоти на вході та виході взаємно компенсуються, і чистий ефект відсутній. Коли ж область еволюціонує, поки фотон у ній перебуває, виникає асиметрія «вхід–вихід», і зостається чистий, недисперсний зсув частоти — еволюційний зсув до червоного вздовж шляху.
2. Три послідовні ланки причинності:

• Вхід у великий об’єм із низькою тенситністю: ефективне поширення сповільнюється, фазовий такт фотона подовжується, тобто температура зсувається трохи вниз.
• Перебування всередині, поки область «відпружнюється»: об’єм низької тенситності не є статичним; у ході космічної еволюції він поступово міліє.
• Вихід із недостатньою «компенсацією»: на межі середовище вже інше, ніж при вході; «повернене» на виході менше, ніж «зняте» на вході, тож залишається чисте охолоджувальне зміщення.
  Лише поєднання всіх трьох кроків дає стійкий еволюційний зсув; якщо другого кроку (еволюції області) немає, ефект холодної плями не виникає.

3. Чому об’єм має бути «великий і змінюватися плавно»:
   Чистий зсув залежить від часу перебування фотона в області та від величини й напряму її змін у цей проміжок. Замалий об’єм або надто слабка еволюція не дають накопичення ефекту; надто великий об’єм або надто різкі зміни породжують на межах складні компенсації. Виразність холодної плями вказує на комбінацію «достатньо великий об’єм, помірні зміни».
4. Це не затемнення лінзою і не «охолодження» розсіянням:
   Гравітаційне лінзування переважно змінює траєкторії та час прибуття, зберігаючи поверхневу яскравість. Розсіяння чи поглинання дало б залежність від кольору й морфологічні спотворення. Тут «відбитком» є недисперсне падіння температури, що вказує на часову еволюцію рельєфу тенситності, а не на екранування речовиною чи спектральну фільтрацію середовищем.
5. Розподіл ролей з іншими структурними ефектами:
   У дуже великому розрідженому об’ємі статистична гравітаційна зсувність від нестійких частинок слабшає, формуючи фон низької тенситності. Нерегулярні збурення від анігіляції частинок можуть вирізьблювати тонку текстуру на межах і трохи їх згладжувати. Проте це лише «обрамлення», не головна причина. Провідним чинником залишається еволюція області під час проходження фотона.
6. Чому різні шляхи дають різні результати:
   Фотони однієї епохи, що оминають еволюційний розріджений об’єм, майже не зазнають еволюційного зсуву; ті, що проходять крізь нього, отримують чисте охолоджувальне зміщення. Тому в тому самому фоні з’являються напрямозалежні відмінності температури, а «холодна пляма» саме й позначає шлях, що перетнув змінну зону.

III. Наглядна аналогія

Ескалатор зі змінною швидкістю: якщо швидкість стала, час прибуття визначається лише початком і кінцем. Якщо посередині ескалатор уповільнюється, «наздогнати» втрачений час на виході вже не вдасться, і ви прибудете пізніше. Так само з холодною плямою: не «станція» холодніша від природи — «зміна швидкості в дорозі» подовжує фазовий такт.

IV. Порівняння зі звичною теорією

• Спільне — це ефект уздовж шляху:
  Стандартна космологія пов’язує явище зі змінами температури через часову еволюцію гравітаційних потенціалів уздовж маршруту. Тут ми описуємо його як перерозклад рельєфу тенситності під час проходження — також недисперсний «шляховий» доданок, а не холодніше джерело.
• Відмінності — мова і акценти:
  Класичний підхід спирається на геометрію та обчислення потенціалів; тут наголошено на динаміці середовища та тенситності: як асиметрія «вхід–перебування–вихід» перетворює «еволюцію» на чисте зниження температури. У спостережуваних величинах ці оптики не конфліктують — це дві сторони однієї медалі.
• Вписаність у ширшу картину:
  Така сама логіка «підстроювання в дорозі» з’являється в часових затримках при сильному лінзуванні та в тонких корекціях частоти. На маршрутах без еволюції змінюється лише час прибуття, а не базовий рівень температури. Отже, холодна пляма — найнаочніший відбиток еволюційного зсуву до червоного на всьому небі.

V. Висновок

Космічна холодна пляма не є «уроджено холоднішою». Вона виникла тому, що сигнал Космічного мікрохвильового фонового випромінювання перетнув великий, низькотенситний і такий, що еволюціонує, об’єм: на вході частота зсунулася донизу, а на виході повністю не відновилася, тож залишився недисперсний чистий «холодний» зсув. Щоб з’явився настільки виразний слід, мають одночасно виконуватися три умови: лінія зору перетинає достатньо великий об’єм, фотон затримується там досить довго, а об’єм справді змінюється в цей час. У такому чіткому фізичному ланцюжку пляма вже не виглядає «дивним збігом», а постає помітною печаткою еволюційного зсуву до червоного на карті всього неба.