1.7: Mvutano unaamua midundo (TPR, PER)

Nyumbani ／ Sura ya 1: Nadharia ya Nyuzinyuzi za Nishati (V5.05)

Kauli ya ufunguzi: Sehemu hii hai­kani mfumo wa “Mlipuko Mkuu – upanuzi wa ulimwengu – ΛCDM”. Tunashikilia mkondo wa ushahidi: hadhi ya kipekee ya kutumia kuhama-kwa-nyekundu kwa galaksi kama hoja kuu kuwa “ulimwengu unapanuka” sasa imelegea. Ndani ya Nadharia ya Nyuzi za Nishati (EFT), kuhama-kwa-nyekundu hujitokeza kwa kawaida bila kutegemea upanuzi wa jumla na bado hukaa sambamba na makala kuu za uangalizi:

• Kuhama-kwa-nyekundu kutokana na uwezekano wa mvutano (Tension Potential Redshift, TPR): kiwango cha kimataifa cha mvutano ndani ya “bahari ya nishati” huweka midundo asilia ya vitu; midundo ya chanzo ikitofautiana na midundo ya hapa kwa mtazamaji ⇒ tunasoma nyekundu/bluu.
• Kuhama-kwa-nyekundu kutokana na mabadiliko ya njia (Path Evolution Redshift, PER): mwanga hupitia miundo inayobadilika taratibu, hivyo hukusanya uhamisho wa masafa usio na rangi pamoja na kuchelewa kufika.

Uwasilishaji unafuata mlolongo: chanzo (TPR) – njiani (PER) – alama za uangalizi – mpaka na uhusianu – uhusiano na tafsiri ya upanuzi (pamoja na vipimo vya kutofautisha).

I. Kwa nini “mvutano” unaweza kubadili “mdundo” wa mwanga

Fikiria ulimwengu kama uso wa bahari ya nishati. Mvutano wa kimataifa ni “jinsi uso unavyokazwa,” ukipimwa kwa msongamano wa nishati.

• Mvutano mkubwa ⇒ mdundo wa asili unapungua (mchakato uleule “huvutwa”).
• Mvutano mdogo ⇒ mdundo wa asili unaharakishwa.

Mwanga hubeba mdundo wa chanzo; hapa unasomwa kwa mdundo wa karibu, hivyo “nyekundu zaidi/bluu zaidi” hutokea kiasili.

II. Alama ya chanzo: “nembo ya kiwandani” wakati wa utoaji (TPR)

TPR ni uwiano wa midundo kwenye ncha mbili:

• Kutoka bahari iliyo kazikazi (mvutano wa kimataifa juu) ⇒ mdundo wa chanzo polepole ⇒ tunaona nyekundu zaidi.
• Kutoka bahari iliyo legelege (mvutano wa kimataifa chini) ⇒ mdundo mwepesi ⇒ tunaona bluu zaidi.

Vigezo vya hisi: athari ya kimo kwa saa za atomu, uhamaji wa jumla wa mistari ya spektra karibu na nyuga kali, au mikunjo ya mwanga inayonekana “kupungua kasi” kwenye mazingira kali—vyote ni sura za alama ya chanzo.

Vidokezo muhimu

• Rangi ya nyuma huwekwa na ncha mbili: tofauti ya mvutano wa kimataifa kati ya utoaji na uangalizi ndiyo mchango mkuu wa kuhama-kwa-nyekundu.
• Hesabu: ikiwa kuna mabadiliko ya nyuma polepole na karibu isotropiki, tunayajumlisha kwenye tofauti ya midundo chanzo–mtazamaji ili kuepuka kuhesabu maradufu.

III. Kurekebisha “saa” njiani: PER wakati wa safari

PER humaanisha “kinabadilika unapopita”—sio kila kigongo/kisafuali hutokeza PER; eneo lazima liwe linaevolva wakati mwanga unapolipenya:

• Kupitia ukanda wa mvutano mdogo unao rudi kwenye usawa ⇒ kutosawazika kuingia/kuondoka ⇒ nyekundu halisi.
• Kando ya shimo la mvutano mkubwa linalo pungua kina ⇒ huweza kutokea bluu halisi.

Mazingira ya kawaida: upotovu usio na rangi wa halijoto na ucheleweshaji wa kufika kwenye “madoa baridi/moto” ya ukubwa mkubwa; katika lenzi yenye nguvu inayoendelea kubadilika, uhamisho mdogo usio na rangi wa masafa na muda mdogo wa ulinganifu huongezwa juu ya “kuenda njia ndefu”.

Kiini

• PER ipo tu ikiwa miale inapitia eneo linaloendelea kubadilika; miundo tulivu haikusanyi nyekundu/bluu halisi.
• Si “kwa muda mrefu kiasi” bali “kwa muda mrefu wa mwingiliano”: “uko njiani” na “linabadilika” vinapokutana kwa muda wa kutosha, PER huwa dhahiri; bila evolusheni, muda haujizidishi.
• PER ni kigezo polepole: lazima iwe taratibu kuliko mabadiliko ya ndani ya chanzo ili kusogeza mkunjo mzima wa mwanga kama mvutano wa sawia, bila kuharibu umbo.

IV. Wakati “jumla ya kuhama-kwa-nyekundu” inasem­a: kwa nini “ushahidi mgumu” maratatu si wa upanuzi pekee

Yafuatayo huona tu jumla, bila kuuliza chanzo chake (upanuzi wa metrika au upya-urekebishaji wa midundo):

• Kunyoosha muda wa supernova: mkunjo mzima wa mwanga hunyoshwa kwa kipimo kimoja; mara nyingi TPR (uwiano wa midundo kwenye ncha) hutawala; kupitia miundo mikubwa inayoendelea kubadilika, PER huongeza mchango usio na rangi, wa polepole. Mradi mabadiliko ya jumla ya nyekundu ni taratibu, umbo hubaki.
• Sheria ya Tolman ya kufifia kwa uang’avu wa uso: bila unyonyaji/usambazaji na bila upendeleo wa rangi, uang’avu wa uso hupungua kwa sheria inayotegemea tu jumla ya kuhama—bila kutofautisha TPR/PER. Lenzi hubadili “kiwango cha nuru,” si “sheria ya kufifia.”
• Umbo la spektra huhifadhiwa katika rangi nyingi (achromatiki): mwanga ukifuata jiometri ya macho inayowekwa na mvutano, bila migongano na bila upendeleo wa rangi, rangi zote husogea/hupewa skeli kwa kipimo kilekile; umbo haliharibiki. Uharibifu mara nyingi hutokana na vyombo vya “rangi” kama vumbi au plasma—si TPR/PER.

Hitimisho: kuyaita haya matatu “yaliyo maalumu kwa upanuzi” si imara tena; ndani ya EFT yanatokana kiasili na jumla (TPR + PER).

V. Je, yanakinzana na uhusianu? La

Seti ya karibu thabiti, tofauti kati ya kanda

• Katika eneo dogo la kutosha: mwendo wa mwanga wa karibu ni thabiti, saa ya atomu ya karibu ni imara.
• Kuvuka kanda: tofauti ya mvutano kwenye ncha → alama ya TPR; mabadiliko njiani → usawazishaji mdogo wa PER.
• Hakuna kubadilisha vipimo visivyo na dimen­sia; hakuna kasi kuzidi mwanga; hakuna “urekebishaji wa kimitambo” kupitia unyonyaji/usambazaji.

VI. Uhusiano na tafsiri ya “upanuzi” (kwa nini nyekundu si ushahidi wa pekee)

1) Msingi ni “uwezo wa kubadilish-ana”. Kijadi, “kunyoosha muda wa SN, sheria ya Tolman, uimara wa umbo la spektra kingi­rangi” ni ushahidi mgumu wa “nyekundu ya upanuzi”. Ndani ya EFT, chini ya usafirishaji bila migongano na usio na rangi, vielelezo hivyo hivyo hutokana na jumla ya TPR/PER. Kwa hiyo, nyekundu peke yake haitoshi kudai kuwa “nafasi lazima inapanuka”; kuchagua simulizi la “upanuzi” kunapaswa kupimwa pamoja na vigezo vingine vinavyotofautisha.

(“Historia ya nyekundu = historia ya midundo”)

• Maana: tukirudisha mwanga wa vipindi tofauti kwenye mdundo mmoja wa uangalizi, grafu “nyekundu dhidi ya enzi” kwa msingi inaonyesha jinsi mvutano wa kimataifa, unaoongozwa na msongamano wa nishati, ulivyobadilika—yaani historia ya midundo.
• Mgao wa majukumu: TPR huweka “midundo ya msingi” — uwiano wa midundo chanzo/mtazamaji ndio sehemu kuu; PER huongeza usawazishaji mdogo usio na rangi pale miundo inapobadilika.
• Upande wa uangalizi: kunyoosha muda, kufifia kwa Tolman, na kuhifadhi umbo la spektra ni sura za kuseti upya midundo sawia (pamoja na mikrofaini ya njia ikiwepo); si vifungo maalumu vya “upanuzi wa metrika”.

2) Viegemeo vya kutofautisha na “toleo la upanuzi” (alama za majaribio yajayo)

• Mteremko wa nyekundu kwa muda (chanzo kilekile, msingi mrefu):
  a) Upanuzi: mkunjo wenye badiliko la ishara/kiwiko dhidi ya z;
  b) TPR: matarajio monotoni, yanayoongozwa na kasi ya kubadili mdundo wa karibu;
  c) Ufuatiliaji wa muda mrefu unaweza kutenganisha.
• Mahali pa kima cha ukubwa wa pembe vs nyekundu:
  a) Upanuzi: z fulani inayotoa “ukubwa mdogo zaidi wa pembe”;
  b) TPR: kima huamuliwa na historia ya midundo, kinaweza kupishana na toleo la upanuzi.
• Saireni sanifu (mawimbi ya uvutano) + kipimo cha masafa kamili: tukikalibisha mdundo wa chanzo (saa ya umbo-la-wimbi) na mdundo wa mtazamaji kando, tunapata uwiano wa midundo moja kwa moja; mkengeuko wa kimfumo kutoka “umbali wa upanuzi” unaiunga TPR.
• Uachromatiki wa bendi nzima: utegemezi wowote dhahiri wa masafa kwenye kipengele cha kunyoosha au mkia wa usambazaji unapingana na “TPR tupu + bila migongano”; data isiyo na rangi kwa ukali kwa muda mrefu huitetea “historia ya midundo”.

VII. Jinsi ya kunusa PER kwenye data (uwezo wa kutenganisha)

• Alama hafifu za mwelekeo/mazingira: tandaza pamoja mabaki ya nyekundu, muunganiko wa lenzi dhaifu, usambazaji wa miundo; mwelekeo wa upendeleo wa pamoja au utegemezi wa mazingira ⇒ kuna kanda “zinazobadilika taratibu” njiani.
• Ung’atuzi wa picha nyingi: katika lenzi nguvu yenye picha nyingi, kipengele cha uimarishaji kinaweza kutofautiana, lakini kipengele cha kunyoosha cha chanzo kilekile kinapaswa kuwa sawa (tenganisha kukuza–kunyoosha muda).
• Utegemezi wa rangi karibu sifuri: baada ya kutoa vumbi na mchakato wa plasima, kipengele cha kunyoosha lazima kiwe karibu hakitegemei rangi; uhusiano mkali uliosalia ⇒ sababu ni kati “chenye rangi”, si PER/TPR.

VIII. Kwa muhtasari

• Sentensi moja: ndani ya EFT, TPR huiweka “midundo ya msingi”, PER huleta “usawazishaji mdogo usio na rangi” panapokutana miundo inayobadilika; kwa pamoja hutoa jumla ya kuhama-kwa-nyekundu inayotosha kufafanua “ushahidi mgumu” maratatu—hivyo hudhoofisha dai kwamba “nyekundu = ushahidi pekee wa upanuzi wa jumla”.
• Misingi ya matumizi (toleo la msomaji): bila urekebishaji kwa unyonyaji/usambazaji; rangi tofauti zipitie njia ileile ya “jiometri ya macho”; ikiwa njiani hakuna evolusheni, kutakuwepo mcheleweshaji wa njia ya mzunguko tu, bila nyekundu/bluu halisi.
• Upanuzi wa mjadala: chanzo kisicho cha upanuzi cha mwanga wa nyuma wa anga na ulinganifu wake na mfumo huu—tazama §1.12.