3.19 Mkengeuko wa mvuto dhidi ya mvunjo ndani ya nyenzo: mpaka kati ya jiometri ya mandharinyuma na mwitikio wa nyenzo

Nyumbani ／ Sura ya 3: Ulimwengu wa makroskopiki

I. Ramani ya haraka kwa msomaji

• Mkengeuko wa mvuto: Mwanga hufuata njia ya kijiometri iliyo ndefu zaidi katika mandharinyuma “iliyobana zaidi”. Karibu na miili yenye umasi mkubwa, unyumbufu huongezeka na miale hupinda kuelekea “upande uliobana zaidi”. Kihenzo, kikomo cha uenezaji kinaweza kuwa cha juu, lakini kwa kuwa njia huwa ndefu na yenye mwinuko, muda wa safari kwa jumla huongezeka mara nyingi. Athari hii ni isiyo na rangi (akromatiki) na hutokea kwa “wabebaji” kadhaa, kama fotoni na mawimbi ya mvuto.
• Mvunjo ndani ya nyenzo: Ndani ya nyenzo, mwanga hujifunga mara kwa mara kwa chaji zilizounganishwa, hivyo kasi halisi hupungua na hutokea msambao wa masafa (dispersheni). Mabadiliko ya njia hutokea hasa kwenye kiolesura cha vyombo vya habari na ndani ya nyenzo yenyewe; huandamana na uchemboaji (upokonyaji), usambazaji (usambaratishaji) na upana wa mpigo kuongezeka.

II. Tofauti kuu (kadi nne za “mpaka”)

1. Kama msambao upo au haupo
   • Mkengeuko wa mvuto: Bila msambao; mabendi yote hupinda na kuchelewa kwa pamoja.
   • Mvunjo ndani ya nyenzo: Msambao ni dhahiri; buluu na nyekundu hupata pembe tofauti za mvunjo, hivyo mpangilio wa ujio wa mipigo huvutwa.
2. Chanzo cha kuchelewa
   • Mkengeuko wa mvuto: Kihenzo inaweza kuonekana “kasi zaidi”, lakini njia ndefu iliyopinda hutawala, kwa hiyo muda wa “tokani–mwisho” huongezeka.
   • Mvunjo ndani ya nyenzo: Kasi halisi hupungua kutokana na uunganishaji wa kurudia na uhalalishaji upya (re-emisheni); uchemboaji na usambazaji mwingi huongeza kuchelewa zaidi.
3. Nishati na muungano (koherensi)
   • Mkengeuko wa mvuto: Mabadiliko ni ya kijiometri kimsingi; hasara ya nishati haijalishi na muungano huhifadhiwa vizuri.
   • Mvunjo ndani ya nyenzo: Mara nyingi huambatana na uchemboaji, kelele ya joto na kupotea kwa muungano; mipigo na mivimbo ya mwingiliano huenea.
4. Nini kinaathiriwa
   • Mkengeuko wa mvuto: Fotoni, mawimbi ya mvuto na nyutrino hufuata kanuni zilezile za jiometri.
   • Mvunjo ndani ya nyenzo: Huathiri mawimbi ya umeme-sumaku yanayoweza kuunganishwa na jambo; mawimbi ya mvuto “hayajali sana” kioo.

III. Sehemu mbili za kukata hadithi

1. Mkengeuko wa mvuto (jiometri ya mandharinyuma)
   • Mazingira: Karibu na galaksi, mashimo meusi na makundi ya galaksi.
   • Mwonekano: Miale hupinda kuelekea “upande uliobana zaidi”; kulengwa kwa mvuto kwa nguvu huzalisha taswira nyingi na mashada ya mwanga, kulengwa dhaifu huleta shear nyeti na muungamano.
   • Upimaji muda: Njia nyingi za kijiometri kutoka chanzo kimoja huzalisha tofauti za ucheleweshaji zisizo na rangi; mabendi yote husogea pamoja “mapema—baadaye”.
   • Utambuzi: Linganisha tofauti za nyakati za ujio na pembe za mkengeuko kati ya mabendi na kati ya wabebaji. Ikiwa misogeo ina mwelekeo mmoja na uwiano unabaki thabiti, inaashiria jiometri ya mandharinyuma.
2. Mvunjo ndani ya nyenzo (mwitikio wa nyenzo)
   • Mazingira: Kioo, maji, mawingu ya plasima na tabaka za vumbi.
   • Mwonekano: Pembe ya mvunjo hutegemea urefu wa wimbi; mara nyingi huambatana na urejelejaji, usambazaji na uchemboaji.
   • Upimaji muda: Mipigo huenea; ndani ya plasima, masafa ya chini huchelewa zaidi. Mchoro wa msambao unaonekana wazi na unaweza kupimika.
   • Utambuzi: Baada ya kuondoa sehemu za mbele za nyenzo zinazoeleweka, ikiwa msambao baki bado ni mkubwa, tafuta vyombo vya habari ambavyo havijamodelishwa; kama msambao hutoweka lakini mkengeuko wa pamoja unabaki, rudi kwenye ufafanuzi wa kijiometri.

IV. Vigezo vya uangalizi na orodha ya ukaguzi uwanjani

• Vipimo vya mabendi mengi: Iwapo optiki, karibu-infraredi na redio hufuata njia ileile iliyopinda na hushiriki ucheleweshaji bila msambao, peana kipaumbele kwa mkengeuko wa mvuto.
• Ukaguzi kwa wabebaji wengi: Mwanga na mawimbi ya mvuto (au nyutrino) yakionyesha tofauti za nyakati za ujio zilizo na mwelekeo mmoja na ukubwa unaokaribiana, jiometri ya mandharinyuma ina uwezekano mkubwa kuliko msambao wa nyenzo.
• Tofauti kati ya taswira (kulengwa kwa nguvu): Toa tofauti za mikunjo ya mwanga kati ya taswira za chanzo kimoja ili kuondoa mabadiliko ya ndani ya chanzo; mabaki yakibaki bila rangi na kuwa na uhusiano, yanaashiria tofauti za njia za kijiometri.
• Mchoro wa upana wa mpigo: Kama ucheleweshaji unaongezeka kwa utaratibu dhidi ya masafa huku muungano ukipungua, husianisha jambo hilo na msambao na uchemboaji wa chombo cha habari.

V. Majibu mafupi kwa dhana potofu za kawaida

• Je, mwanga “hupungua kasi” karibu na miili yenye umasi mkubwa?
  Kihenzo: kikomo cha uenezaji kinaweza kuwa cha juu. Kutazamwa mbali: njia ni ndefu na yenye mwinuko zaidi, hivyo muda wa jumla huongezeka. Kauli hizi hupima vipimo tofauti—hazipingani.
• Je, mvunjo ndani ya nyenzo unaweza kuiga kulengwa kwa mvuto?
  Katika mabendi mapana na kwa wabebaji wengi ni vigumu: vyombo vya habari husababisha msambao na kupotea kwa muungano, ilhali kulengwa kwa mvuto ni isiyo na rangi na hutumika kwa wabebaji wengi.
• Je, bendi moja inatosha kutofautisha?
  Ni hatarishi. Mbinu imara huunganisha data za mabendi mengi, wabebaji wengi na tofauti kati ya taswira.

VI. Miunganisho na sehemu nyingine za kitabu

• Na §1.11, Mvuto wa Tensori wa Kitakwimu (STG): Mkengeuko wa mvuto ni dhihirisho la moja kwa moja, “linalofuata mteremko”, la Mvuto wa Tensori wa Kitakwimu; hapa chini tutatumia jina Mvuto wa Tensori wa Kitakwimu pekee.
• Na §1.12, Kelele ya Mandharinyuma ya Tensori (TBN): Uangalizi mara nyingi huonyesha mlolongo “kelele kwanza, kisha nguvu”: Kelele ya Mandharinyuma ya Tensori huinua kiwango cha msingi, kisha vijenzi vya kijiometri huzama zaidi; hapa chini tutatumia jina Kelele ya Mandharinyuma ya Tensori pekee.
• Na §8.4, Usomaji upya wa kuhama-nyekundu: Mkengeuko wa masafa na wa muda usiokuwa na rangi unaojikusanya kwenye njia ndefu ni “vijenzi vya njia” vya jiometri ya mandharinyuma na mageuzi yake.
• Na §8.6, Mandharinyuma ya Mikrowevu ya Ulimwengu (CMB): Picha ya awali ya “negativi + uoanishaji” hutegemea athari za mandharinyuma zisizo na rangi; sehemu za mbele za nyenzo lazima ziondolewe kwa utaratibu ili kuiona Mandharinyuma ya Mikrowevu ya Ulimwengu iliyo halisi.

VII. Kwa muhtasari

• Sentensi moja: Mkengeuko wa mvuto hubadilisha umbo la njia, ilhali mvunjo ndani ya nyenzo hubadilisha jinsi ishara inavyosafiri ndani ya chombo cha habari.
• Nini cha kuchunguza: Msambao, muungano, tofauti kati ya taswira na uthabiti kati ya wabebaji.
• Uainishaji: Weka “mkengeuko wa pamoja” kwenye jiometri ya mandharinyuma, na “ueneaji wenye msambao” kwenye mwitikio wa nyenzo; kisha uweke yote mawili kwenye ramani moja ya unyumbufu wa mandharinyuma.