3.19 Гравітаційне відхилення vs заломлення в матеріалі: межа між геометрією тла та матеріальною відповіддю

Головна ／ Розділ 3: Макроскопічний Всесвіт

I. Коротка карта для читача

• Гравітаційне відхилення: Світло проходить довший геометричний шлях у «щільнішому» тлі. Поблизу масивних об’єктів кривина зростає, і промені згинаються до «щільнішого боку». Локально гранична швидкість поширення може бути вищою, однак через довший і криволінійний маршрут загальний час подорожі часто збільшується. Ефект акроматичний і стосується кількох «посланців», зокрема фотонів і гравітаційних хвиль.
• Заломлення в матеріалі: Усередині речовини світло багаторазово зчіплюється із зв’язаними зарядами, тож ефективна швидкість зменшується і виникає дисперсія. Траєкторія змінюється головно на межах середовищ і у товщі матеріалу; супроводжується поглинанням, розсіянням і розширенням імпульсу.

II. Ключові відмінності (чотири «картки межі»)

1. Чи є дисперсія
   • Гравітаційне відхилення: Без дисперсії; усі діапазони згинаються та затримуються спільно.
   • Заломлення в матеріалі: Виразна дисперсія; синє й червоне заломлюються під різними кутами, через що порядок прибуття імпульсів розтягується.
2. Джерело затримки
   • Гравітаційне відхилення: Локально може бути «швидше», але домінує довший криволінійний шлях, тож час «кінець-у-кінець» зростає.
   • Заломлення в матеріалі: Ефективна швидкість падає через повторне зчеплення та реемісію; поглинання й багаторазове розсіяння додають затримку.
3. Енергія та когерентність
   • Гравітаційне відхилення: Зміна переважно геометрична; втрата енергії неістотна, когерентність зазвичай зберігається.
   • Заломлення в матеріалі: Часто супроводжується поглинанням, тепловим шумом і декогеренцією; імпульси та інтерференційні смуги розширюються.
4. Що саме зазнає впливу
   • Гравітаційне відхилення: Фотони, гравітаційні хвилі та нейтрино підкоряються тим самим геометричним правилам.
   • Заломлення в матеріалі: Впливає на електромагнітні хвилі, що зчіплюються з речовиною; гравітаційні хвилі «майже не зважають» на скло.

III. Два поперечні зрізи історії

1. Гравітаційне відхилення (геометрія тла)
   • Сцена: Поряд із галактиками, чорними дірами та скупченнями галактик.
   • Зовнішній вигляд: Промені згинаються до «щільнішого боку»; сильне лінзування дає кратні зображення й дуги, слабке породжує тонкий зсув-зсув (shear) і збіжність.
   • Хронометраж: Кілька геометричних маршрутів від одного джерела формують акроматичні різниці запізнень; усі діапазони зміщуються разом «раніше—пізніше».
   • Діагностика: Порівнюйте різниці часів прибуття та кути відхилення між діапазонами і «посланцями». Якщо зсуви односпрямовані, а відношення стабільні, це вказує на геометрію тла.
2. Заломлення в матеріалі (матеріальна відповідь)
   • Сцена: Скло, вода, плазмові хмари, пилові шари.
   • Зовнішній вигляд: Кут заломлення залежить від довжини хвилі; часто разом із відбиттям, розсіянням і поглинанням.
   • Хронометраж: Імпульси розширюються; у плазмі нижчі частоти запізнюються сильніше. Дисперсійна крива виразна й вимірювана.
   • Діагностика: Після віднімання відомих матеріальних передніх шарів, якщо лишається значуща дисперсія — шукайте немоделоване середовище; якщо дисперсія зникає, але зберігається спільне зміщення, повертайтеся до геометричного пояснення.

IV. Критерії спостережень і польовий чек-лист

• Багатодіапазонні вимірювання: Якщо оптичний, ближній інфрачервоний і радіодіапазон ідуть тією самою вигнутою траєкторією та мають спільну затримку без дисперсії, насамперед припускайте гравітаційне відхилення.
• Перевірка кількома «посланцями»: Коли світло й гравітаційні хвилі (або нейтрино) демонструють однаково спрямовані різниці часу прибуття зі схожою амплітудою, імовірніша геометрія тла, а не матеріальна дисперсія.
• Різниця між зображеннями (сильне лінзування): Відніміть світлові криві зображень того самого джерела, щоб прибрати власну змінність; якщо залишки акроматичні та корельовані, це свідчить про різні геометричні шляхи.
• Крива розширення імпульсу: Коли затримка систематично зростає з частотою, а когерентність падає, пов’язуйте ефект із дисперсією та поглинанням середовища.

V. Короткі відповіді на поширені хиби

• Чи «повільніше» світло поблизу масивних тіл?
  Локально: гранична швидкість поширення може бути вищою. Здалеку: шлях довший і більш криволінійний, отже сумарний час зростає. Це різні міри — вони не суперечать одна одній.
• Чи може заломлення в матеріалі маскуватися під гравітаційне лінзування?
  У широких діапазонах і для кількох «посланців» — малоймовірно: середовища спричиняють дисперсію та декогеренцію, тоді як гравітаційне лінзування акроматичне і діє для багатьох «посланців».
• Чи достатньо одного діапазону, щоб розрізнити?
  Ризиковано. Найнадійніше поєднати багатодіапазонні дані, кількох «посланців» і різницевий аналіз зображень.

VI. Зв’язки з іншими розділами книги

• З §1.11, Статистична тензорна гравітація (STG): Гравітаційне відхилення — це пряма, «за ухилом» маніфестація поняття Статистична тензорна гравітація; далі вживається лише назва Статистична тензорна гравітація.
• З §1.12, Тензорний фоновий шум (TBN): Спостереження часто показують послідовність «спершу шум, потім сила»: Тензорний фоновий шум піднімає базовий рівень, а далі геометричні доданки поглиблюються; надалі вживається назва Тензорний фоновий шум.
• З §8.4, Переосмислення червоного зміщення: Акроматичні зсуви частоти та часу, що накопичуються на довгих маршрутах, — це «шляхові члени» геометрії тла та її еволюції.
• З §8.6, Космічне мікрохвильове тло (CMB): Рання картина «негатив + проявлення» спирається на акроматичні тлові ефекти; матеріальні передні шари слід системно усувати, щоб побачити справжнє Космічне мікрохвильове тло.

VII. Підсумовуючи

• Одним реченням: Гравітаційне відхилення змінює форму маршруту, а заломлення в матеріалі змінює спосіб руху сигналу в середовищі.
• На що дивитися: Дисперсія, когерентність, різниці між зображеннями та узгодженість між «посланцями».
• Класифікація: «Спільні зсуви» відносьте до геометрії тла, а «дисперсійне розширення» — до матеріальної відповіді; далі нанесіть обидва ефекти на ту саму карту кривини тла.