۳٫۱۹ خمیدگیِ گرانشی در برابر شکستِ در مواد — مرزِ میانِ هندسهٔ پس‌زمینه و پاسخِ محیط

خانه ／ ۳ فصل سوم: کیهانِ کلان‌مقیاس

نخست جمع‌بندیِ راهنما

• خمیدگیِ گرانشی: نور در پس‌زمینه‌ای که کشیده‌تر است، مسیرِ هندسیِ طولانی‌تری می‌پیماید. نزدیکِ جرم‌های بزرگ، کششِ پس‌زمینه بالا می‌رود و سقفِ انتشارِ محلی نیز افزایش می‌یابد، پس پرتو به سوی همان سویِ کشیده منحرف می‌شود. چون مسیر بلندتر می‌شود، زمانِ سفرِ کلّی اغلب بیشتر است. این اثر وابسته به رنگ نیست و برای پیام‌رسان‌های مختلف مانند نور و موجِ گرانشی یکسان دیده می‌شود.
• شکستِ در مواد: درونِ محیط، نور بارها با بارهایِ مقید برهم‌کنش می‌کند و سرعتِ مؤثرش کاهش می‌یابد و پدیدهٔ پراکندگیِ رنگی پدیدار می‌شود؛ رنگ‌ها با زاویه‌های متفاوت می‌پیچند. جذب و پاشش و پهن‌شدنِ تپ نیز همراه است و تغییرِ مسیر عمدتاً در مرزِ ماده و در حجمِ آن رخ می‌دهد.

دوم تفاوت‌هایِ کانونی

1. آیا پراکندگیِ رنگی وجود دارد
   • در خمیدگیِ گرانشی پراکندگی وجود ندارد و همهٔ باندها با هم می‌پیچند و با هم دیر می‌رسند.
   • در شکستِ در مواد پراکندگی شدید است؛ آبی و سرخ با زاویه‌های ناهمسان می‌پیچند و ترتیبِ رسیدنِ تپ‌ها باز می‌شود.
2. خاستگاهِ زمانِ اضافی
   • در خمیدگیِ گرانشی سقفِ محلی بالاتر است، امّا مسیر خمیده و بلندتر می‌شود و سهمِ طولِ مسیر بر زمان چیره است.
   • در شکستِ در مواد پیشرویِ مؤثر به خاطرِ درنگ و بازگسیل‌های پیاپی کند می‌شود و جذب و پاشش‌های چندگانه دیرکرد را می‌افزاید.
3. انرژی و همدوسی
   • در خمیدگیِ گرانشی تغییر بنیادی هندسی است، اتلافِ انرژی ناچیز می‌ماند و همدوسی بهتر حفظ می‌شود.
   • در شکستِ در مواد جذب و نویزِ گرمایی و کاستیِ همدوسی تپ‌ها را پهن می‌کند و نوارهایِ تداخلی را می‌شوید.
4. دامنهٔ اثر
   • در خمیدگیِ گرانشی همان قاعدهٔ هندسی برای نور و موجِ گرانشی و نوترینو به یک سو کار می‌کند.
   • در شکستِ در مواد اثر عمدتاً بر موج‌هایِ الکترومغناطیسیِ هم‌بسته با ماده است و موجِ گرانشی تقریباً شیشه را نادیده می‌گیرد.

سوم دو برشِ تصویری

1. خمیدگیِ گرانشی بر پایهٔ هندسهٔ پس‌زمینه
   • دورنما: پیرامونِ کهکشان‌ها و سیاه‌چاله‌ها و خوشه‌ها.
   • نمایه: پرتوها به سویِ سویِ کشیده خم می‌شوند؛ عدسیِ نیرومند تصویرهایِ چندگانه و کمان پدید می‌آورد و عدسیِ ضعیف برشِ شکلی و همگرایی نشان می‌دهد.
   • زمان‌سنجی: راه‌هایِ چندگانه از یک چشمه دیرکردهایِ بی‌رنگ می‌سازند و باندها یکپارچه زودتر یا دیرتر می‌شوند.
   • شناساگر: دیرکردِ رسیدن و زاویهٔ انحراف را میانِ باندها و پیام‌رسان‌ها می‌سنجیم؛ اگر جابه‌جایی‌ها همسو باشند و نسبت‌ها پایدار بمانند، علت را هندسی می‌دانیم.
2. شکستِ در مواد به عنوانِ پاسخِ محیط
   • دورنما: شیشه و آب و ابرهایِ پلاسما و لایه‌هایِ غبار.
   • نمایه: زاویهٔ شکست وابسته به طولِ موج است و بازتاب و پاشش و جذب همراه می‌شود.
   • زمان‌سنجی: پهن‌شدنِ تپ چشمگیر است؛ در پلاسما بسامدهایِ پایین دیرتر می‌رسند و منحنیِ پراکندگی آشکار می‌شود.
   • شناساگر: پیش‌زمینه‌هایِ مادیِ شناخته‌شده را می‌کاهیم؛ اگر باز هم پراکندگیِ مانده دیده شد، به دنبالِ محیطِ مدل‌نشده می‌گردیم. اگر پراکندگی ناپدید شد امّا جابه‌جاییِ مشترک برجای ماند، به تبیینِ هندسی بازمی‌گردیم.

چهارم سنجه‌هایِ رصدی و فهرستِ کار

• هم‌سنجیِ چندباندی: اگر در یک مسیرِ واحد، نوری و فروسرخِ نزدیک و رادیو خمیدگی یا دیرکردِ مشترک بدونِ پراکندگیِ چشمگیر نشان دهند، خمیدگیِ گرانشی را در اولویت می‌گذاریم.
• راستی‌آزماییِ چند پیام‌رسان: اگر نور و موجِ گرانشی یا نوترینو از یک رویداد در یک سو و با دامنهٔ هم‌سن جابه‌جا شوند، عامل هندسهٔ پس‌زمینه است نه پراکندگیِ ماده.
• تفاضلِ تصویرهایِ چندگانه در عدسیِ نیرومند: منحنی‌هایِ نوریِ تصویرهایِ یک چشمه را از هم می‌کاهیم تا دگرگونیِ درونیِ چشمه حذف شود؛ اگر باقیمانده‌ها بی‌رنگ و هم‌بسته بماند، تفاوتِ مسیرها هندسی است.
• منحنیِ پهن‌شدنِ تپ: اگر زمانِ رسیدن با بسامد به‌گونه‌ای سامانه‌مند باز شود و همدوسی کاهش یابد، آن را به پراکندگی و جذبِ محیط نسبت می‌دهیم.

پنجم پاسخ‌هایِ کوتاه به بدفهمی‌هایِ رایج

1. آیا نور نزدیکِ جرمِ بزرگ کند می‌شود
   • در مقیاسِ محلی سقفِ انتشار بالاتر است.
   • از دور مسیر بلندتر و خمیده‌تر است، پس زمانِ کلّی معمولاً افزایش می‌یابد. دو کمّیتِ متفاوت‌اند و ناهمساز نیستند.
2. آیا شکستِ ماده می‌تواند خود را به جایِ عدسیِ گرانشی جا بزند
   نگه‌داشتنِ این شبیه‌نمایی در باندهایِ پهن و با پیام‌رسان‌هایِ گوناگون دشوار است؛ ماده پراکندگی و کاستیِ همدوسی می‌آورد، در حالی‌که عدسیِ گرانشی بی‌رنگ و میانِ پیام‌رسان‌ها مشترک است.
3. آیا یک باندِ تنها برای داوری بسنده است
   پرخطر است. راهبردِ استوار ترکیبِ چندباند و چند پیام‌رسان و تفاضلِ تصویرهایِ چندگانه است.

ششم پیوند با بخش‌هایِ دیگر

• با بخشِ گرانشِ آماریِ کشش: خمیدگیِ گرانشی نمودِ مستقیمِ هدایت‌شدن به‌وسیلهٔ شیب است.
• با بخشِ نویزِ پس‌زمینهٔ کشش: در رصدها بسیار می‌بینیم که نخست نویز بالا می‌آید و سپس سهم‌هایِ هندسی نیرومند می‌شود.
• با بازخوانیِ انتقال به سرخ: دگرگونی‌هایِ بی‌رنگ در بسامد و زمان که بر مسیرهایِ بلند انباشته می‌شود، بندهایِ مسیر از هندسهٔ پس‌زمینه و فرگشتِ آن است.
• با تابشِ زمینهٔ ریزموجِ کیهانی: تصویرِ آغازینِ صفحه و ظهور به اثرهایِ بی‌رنگِ پس‌زمینه تکیه دارد و باید پیش‌زمینه‌هایِ مادی را سامانه‌مند زدود.

هفتم خلاصه

• جملهٔ جمع‌بند: خمیدگیِ گرانشی نقشۀ راه را دگرگون می‌کند و شکستِ در مواد حسِ گام‌برداشتن در درونِ محیط را عوض می‌کند.
• چه چیز را بیازماییم: پراکندگی، همدوسی، تفاضلِ تصویرهایِ چندگانه و همسوییِ پیام‌رسان‌ها.
• روشِ کار: جابه‌جایی‌هایِ مشترک را به هندسهٔ پس‌زمینه و پهن‌شدن‌هایِ پراکندگی را به پاسخِ محیط نسبت می‌دهیم و هر دو را بر یک نقشهٔ کششِ پس‌زمینه هم‌نشانی می‌کنیم.