1.11: Trọng lực căng độ thống kê

Trang chủ ／ Chương 1: Lý thuyết Sợi Năng lượng

I. Là gì (định nghĩa và trực giác)
Trọng lực căng độ thống kê (STG) mô tả kết quả tích lũy của vô số lần “kéo – rải” do hạt bất ổn tổng quát (GUP) khởi phát: về mặt thống kê, “biển năng lượng” bị kéo chặt hơn và trên quy mô lớn hiện ra như một “sườn dốc” dao động rất chậm. Vật chất và ánh sáng chuyển động trên sườn dốc đó sẽ chịu lực kéo bổ sung, quỹ đạo bị lệch nhẹ và thời gian đến có sai khác nhỏ.
Để chuyển “vô số siết chặt cục bộ” thành “một sườn dốc vĩ mô”, cần một hạt nhân tương đương (một “mẫu đáp ứng”): trong vùng yên tĩnh, ổn định lâu dài, hạt nhân này hầu như bất biến; nhưng khi có các biến cố như nhập đôi, cắt trượt, nhiễu loạn, hạt nhân trở nên động theo thời gian và hướng, đồng thời có độ trễ (đáp ứng chậm một nhịp) và hồi quy (dần trở về mức nền sau biến cố). Quan hệ này bổ sung cho nhiễu nền căng độ (TBN): thường thấy nhiễu nền nâng lên trước, rồi độ dốc tăng sau—gọi tắt “tiếng trước lực sau”.

II. Hình thành thế nào (cộng dồn từ vi mô đến vĩ mô)

• Mỗi lần rất nhỏ, nhưng lặp lại vô cùng nhiều: mỗi cú “siết” chỉ thay đổi chút ít, song hướng thường đồng quy theo phân bố khả kiến, ngoại trường và ràng buộc biên.
• Kéo dài thời gian, mở rộng không gian: cộng dồn các siết nhỏ theo thời–không giống như xoắn nhiều sợi tơ thành một dây thừng—kết quả vĩ mô là một sườn dốc tổng thể.
• Mẫu đáp ứng định lệ chơi: hạt nhân tương đương quyết định “ở đâu, khi nào, theo hướng nào” phần siết sẽ được tích lũy hiệu quả; trong biến cố lớn, chính hạt nhân này cũng “chuyển động” theo môi trường.
• Trật tự nhân–quả rõ ràng: nhiễu nền do giải thể/bù lại đến nhanh; độ dốc chỉ nổi rõ khi tích lũy đủ lâu—chính là “tiếng trước lực sau”.

III. Đặc trưng cốt lõi (gắn trực tiếp với quan trắc)

• Hai hình thái của mẫu đáp ứng: vùng yên tĩnh ≈ mẫu ổn định; vùng biến cố lớn ≈ mẫu động, dị hướng (có trục chính, có nhịp, có trí nhớ).
• Không “kén màu”, xem theo đường đi: sau khi khử các ảnh hưởng tiền cảnh như plasma, các tín hiệu quang học, vô tuyến… trên cùng một đường đi phải có phần dư đồng hướng, biên độ tương tự; khác biệt chủ yếu do môi trường băng qua, không phải do “bản thân lực chọn băng”.
• Một bản đồ dùng cho nhiều việc: một bản đồ thế nền thống nhất cần đồng thời giảm phần dư của đường cong quay, thấu kính và đo thời gian; nếu từng kênh đòi “miếng vá” riêng, nghĩa là thiếu tính thống nhất.
• Độ trễ và hồi quy: trong vùng nhập đôi, cắt trượt mạnh…, nhiễu nền tăng trước, độ dốc tăng sau; khi biến cố qua, độ dốc rút dần theo nhịp riêng.
• Nhất quán cục bộ: ở thí nghiệm phòng và thử nghiệm hấp dẫn lân cận, các quy luật chuẩn vẫn được thu hồi; hiệu ứng mới chủ yếu lộ rõ ở đường đi dài và thống kê mẫu lớn.

IV. Đo thế nào (khẩu độ chẩn đoán)

• Ghép lớp thành bản đồ: chiếu phần dư nhỏ của đường cong quay, thấu kính yếu/mạnh và trễ đến lên cùng hệ tọa độ bầu trời, kiểm xem có đồng hướng, đồng đồ hay không.
• Định lượng “trước – sau”: dùng so khớp theo thời gian và tương quan chéo để đo độ trễ dương ổn định giữa nhiễu nền và độ dốc, rồi theo dõi nhịp hồi quy sau biến cố.
• Đa ảnh trong thấu kính mạnh: các đường đi khác nhau của cùng nguồn phải tương quan đồng nguồn; lệch nhỏ của trễ thời gian và dịch đỏ nhịp nhàng với tiến hóa của trục chính.
• Quét ngoại trường: so sánh hướng ưu tiên và biên độ giữa thiên hà cô lập, nhóm/cụm, nút lưới vũ trụ để tìm quy luật hệ thống.
• Kiểm chứng “không kén màu”: sau khi khấu trừ tán sắc tiền cảnh…, phần dư xuyên băng trên cùng đường đi phải cùng chuyển động.
  (Phối hợp với trực giác ở 2.1: tiếng trước lực sau, cùng hướng không gian, đường chạy khả nghịch; ngoài tự nhiên, “khả nghịch” thường hiện thành quỹ đạo hồi quy sau biến cố.)

V. Đối chiếu với bức tranh chủ lưu (một câu)
Không thêm các “hạt mới” vô hình; thay vào đó giải thích lực kéo cộng thêm như đáp ứng tích lũy của siết thống kê. Hình học suy luận vẫn dùng được, nhưng nguyên nhân quy về căng độ và thống kê. Vùng yên tĩnh tương thích với kiểm chứng hiện có; vùng biến cố dùng mẫu động để thống nhất chi tiết đa kênh kinh tế hơn.

VI. Manh mối có thể kiểm tra (danh sách “xem gì”)

• Thẳng hàng về hướng: phần dư của quay, thấu kính, đo thời gian lệch cùng phía dọc một hướng ưu tiên, và trục chính quay theo ngoại trường hoặc cắt trượt.
• Độ trễ và hồi quy: nhiễu nền nhảy trước – độ dốc theo sau – rồi rút lại; mô thức ba bước này lặp lại ở nhiều miền dữ liệu.
• Một hạt nhân dùng nhiều chỗ: cùng mẫu đáp ứng khớp động lực học và thấu kính, rồi ngoại suy trễ thời gian, làm phần dư cùng co lại.
• Hiệu ứng ngoại trường: chuyển động nội bộ của vệ tinh/thiên hà lùn lệ thuộc có hệ thống vào cường độ ngoại trường của chủ thể.
• Ôn kỳ nhiều lần: ở cùng vùng trời, phần dư đa-epoch tiến triển chậm dọc một quỹ đạo lặp lại.

VII. Mười hiện tượng vũ trụ điển hình của trọng lực căng độ thống kê

• Đường cong quay thiên hà phẳng dần (xem 3.1): bản đồ nền thống nhất giúp giảm phần dư đa bán kính và nới căng thẳng “đa dạng – đồng hàng”.
• Quan hệ Tully–Fisher baryon: tỉ lệ chặt chẽ giữa khối lượng và vận tốc giống thế định hình sau tác động lâu dài của độ dốc thống kê.
• Quan hệ gia tốc baryon: sai lệch hệ thống ở miền gia tốc thấp được đế kéo thống kê giải thích kinh tế hơn.
• Thấu kính yếu thiên hà–thiên hà: trên mẫu lớn, hướng ghép của độ dốc thế phù hợp với phân bố khả kiến và ngoại trường.
• Cắt vũ trụ: hoa văn “thung lũng/đê chắn thế” quy mô lớn khớp với “địa hình” do bản đồ nền gợi ý.
• Thấu kính mạnh (vòng Einstein/đa ảnh) và trễ thời gian: sai khác nhỏ đa đường đi và dịch đỏ vi sai hội tụ cùng hướng về bản đồ nền, còn trong vùng biến cố có thể thấy độ trễ của trục chính/biên độ.
• Sai khác động lực–thấu kính ở khối lượng cụm: ít “miếng vá” hơn khi dùng bản đồ nền để giải thích lệch hệ thống giữa hai phép ước lượng khối lượng.
• Lệch đỉnh khối lượng khi cụm hợp nhất (kiểu Bullet Cluster, xem 3.21): dưới mẫu động, pha giữa đỉnh khối lượng và đỉnh khả kiến lệch có quy luật theo lịch thời.
• Ưa chuộng “độ mạnh thấu kính” của nền vi sóng vũ trụ (CMB): tăng nhẹ ở độ dốc quy mô lớn phù hợp với hướng cộng dồn lâu dài.
• “Tần suất xuất hiện quá sớm” của lỗ đen siêu nặng thời kỳ đầu (xem 3.8): độ dốc thống kê dốc hơn cùng đường cấp vật chất trơn tru giúp giải thích tụ đọng – lớn nhanh giai đoạn sớm.

VIII. Tóm lại
Trọng lực căng độ thống kê thay “thêm vật thể” bằng “thêm đáp ứng”: dùng hạt nhân tương đương phụ thuộc môi trường để cộng dồn vô số siết cục bộ thành sườn dốc quy mô lớn. Lúc yên tĩnh, mẫu ổn định; khi biến cố, mẫu động, dị hướng và có trí nhớ. Một bản đồ thế nền nên dùng cho nhiều kênh, kéo phần dư quay–thấu kính–thời gian về cùng một hướng, đồng thời cùng nhiễu nền căng độ tạo nên nhân quả “tiếng trước lực sau”, phác họa đầy đủ bức tranh “kéo – rải”.