3.4 Kosminen kylmä läiskä: evolutiivisen reitin punasiirtymän sormenjälki

Etusivu ／ Luku 3: Makroskooppinen universumi

I. Ilmiö ja kysymys

• Poikkeuksellisen “viileä” alue taivaalla:
  Koko taivaan kartat kosmisesta mikroaaltotaustasta (CMB) paljastavat laajan alueen, jonka lämpötila on hieman ympäristöä alempi. Muoto on vakaa ja mittakaava huomattava. Se ei näytä pieneltä satunnaiselta heilahtelulta, joten pelkkä “sattuma” ei vakuuta.
• Viileä jo lähteessä vai muuttunut matkalla?
  Kun etualan häiriöt on poistettu, viileneminen pysyy käytännössä samana havaintotaajuudesta riippumatta. Tämä viittaa siihen, ettei kyse ole paikallisesta emissiosta tai absorptiosta. Jäljelle jää kaksi vaihtoehtoa: signaali oli varhaisessa maailmankaikkeudessa valmiiksi viileämpi, tai jokin muokkasi sitä näkökäytävää pitkin.
• Kytkentä suuriin rakenteisiin:
  Useat riippumattomat havainnot vihjaavat samaan suuntaan sijoittuvasta hyvin laajasta “harvasta” tilavuudesta. Jos näkökäytävän varrella todella on suuri, matalan tiheyden ja matalan tensiteetin alue, on luontevaa epäillä reittivaikutusta. Selitys “kuinka paljon, miksi ja mihin asti viilenee” edellyttää kuitenkin selkeää fysikaalista ketjua.

II. Fysikaalinen mekanismi

1. “Säätö matkalla”, ei viileämpi lähde:
   Energiafilamenttiteoriassa (EFT) valo on energiameressä etenevien häiriöaaltojen nippu. Varhaisesta maailmankaikkeudesta luoksemme se kulkee monien rakenteiden läpi. Jos reitin tensiteettikartta (tensiteetti tarkoittaa kentän paikallisen “jännityksen” profiilia) pysyy fotonin ohituksen ajan muuttumattomana, sisään- ja ulosmenon taajuusmuutokset kumoavat toisensa eikä nettoefektiä synny. Mutta jos alue kehittyy fotonin viipyessä siellä, sisään–ulos-asymmetria jättää jälkeensä nettomaisen, dispersiottoman taajuussiirtymän: evolutiivisen reitin punasiirtymän.
2. Kolmiportainen syy–seurausketju:

• Saapuminen laajaan, matalan tensiteetin tilavuuteen: efektiivinen eteneminen hidastuu, fotonin vaihetemppo pitenee ja lämpötila “työntyy” hieman alemmaksi.
• Viipymä samalla kun alue palautuu: matalan tensiteetin tilavuus ei ole staattinen, vaan kosmisen kehityksen myötä siitä tulee vähitellen “pinnallisempi”.
• Poistuminen riittämättömällä “takaisin­painalluksella”: reunan saavutettuaan ympäristö ei enää vastaa sisääntulohetkeä; ulostulon “palautus” on pienempi kuin sisääntulon “vienti”, joten jää kylmä nettovinooma.
  Vasta kun kaikki kolme askelta täyttyvät, syntyy vakaa evolutiivinen punasiirtymä; jos toinen askel (alueen kehitys) puuttuu, kylmä läiskä ei ilmesty.

3. Miksi tilavuuden on oltava “suuri ja pehmeästi muuttuva”:
   Nettosiirtymä riippuu fotonin viipymästä alueella sekä siitä, kuinka paljon ja mihin suuntaan alue muuttuu tuona aikana. Jos tilavuus on liian pieni tai muutos vähäinen, vaikutus ei kasva; jos tilavuus on ylisuuri tai muutos liian äkkinäinen, reunat aiheuttavat monimutkaisia kompensaatioita. Läiskän selvä erottuvuus viittaa yhdistelmään “riittävän suuri, maltillinen muutos”.
4. Ei linssin tummentamaa eikä sironnan “jäähdyttämää”:
   Gravitaatiolinssi muuttaa ennen kaikkea kulkureittejä ja saapumisaikoja säilyttäen pintakirkkauden. Sironta tai absorptio jättäisi väriin sidottuja piirteitä ja muotokenttien vääristymiä. Kylmän läiskän tunnus on dispersioton lämpötilan alenema, joka osoittaa ajassa muuttuvaan tensiteettireliefiin eikä aineen peittoon tai väliaineen värisuodatukseen.
5. Roolijako muihin rakenteellisiin vaikutuksiin:
   Hyvin laajassa harvassa tilavuudessa epävakaiden hiukkasten tilastollinen gravitaatiovinooma heikkenee, mikä luo matalan tensiteetin taustan. Hiukkasten annihilaation epäsäännölliset häiriöt voivat piirtää hienoa tekstuuria reunoille ja hieman silottaa niitä. Nämä ovat kuitenkin “reunakoristeita”, eivät varsinainen syy. Päätekijä on alueen kehitys fotonin kulun aikana.
6. Miksi eri reitit antavat eri vastauksen:
   Saman epookin fotonit, jotka kiertävät kehittyvän harvan alueen, eivät käytännössä koe evolutiivista punasiirtymää; sen sijaan läpi kulkevat saavat kylmän nettosiirtymän. Niinpä sama tausta näyttää eri suuntiin eri lämpöiseltä, ja “kylmä läiskä” merkitsee juuri sen reitin, joka leikkaa muuttuvan alueen.

III. Havainnollistava analogia

Nopeutta muuttava liukuportaikko: jos nopeus pysyy vakiona, saapumisaika riippuu vain alusta ja lopusta. Jos portaikko hidastuu puolivälissä, et voi “kuittaa” menetettyä aikaa lopussa, joten saavut myöhemmin. Samoin kylmä läiskä: mikään pysäkki ei ole synnynnäisesti kylmempi, vaan “nopeuden muutos matkalla” pidentää vaihetemppoa.

IV. Vertailu vallitsevaan teoriaan

• Yhteinen näkemys — reittivaikutus:
  Standardikosmologia selittää ilmiön reitin varrella olevien gravitaatiopotentiaalien ajallisella kehityksellä aiheutuvina lämpötilamuutoksina. Tässä kuvaamme sitä tensiteettimaiseman uudelleenjärjestelynä kulun aikana — sekin dispersioton reittitermi, ei viileämpi lähde.
• Erot — kieli ja painotus:
  Perinteinen esitys korostaa geometriaa ja potentiaalilaskentaa; tässä korostuvat väliaineen ja tensiteetin dynamiikka: kuinka sisään–viipymä–ulos-asymmetria muuntaa “kehityksen” nettomaiseksi lämpötilan laskuksi. Havainnoitavissa suureissa näkemykset eivät riitele — ne ovat saman kolikon kaksi puolta.
• Sijoittuminen laajempaan kuvaan:
  Sama “matkalla säätämisen” logiikka esiintyy vahvan gravitaatiolinssin aikaviiveissä ja hienovaraisissa taajuuskorjauksissa. Reiteillä, joilla kehitystä ei tapahdu, muuttuu vain saapumisaika, ei lämpötilan perus­taso. Kylmä läiskä on siksi kaikkein havainnollisin evolutiivisen reitin punasiirtymän sormenjälki koko taivaankannella.

V. Johtopäätös

Kosminen kylmä läiskä ei ole “syntyjään viileämpi”. Se syntyy, koska CMB-signaali kulki suuren, matalan tensiteetin ja kehittyvän tilavuuden läpi: sisääntulo painoi taajuutta alemmaksi eikä ulostulo palauttanut sitä täysimääräisesti, jolloin jäi dispersioton kylmä nettovinooma. Näin selkeään jälkeen tarvitaan kolme ehtoa yhtä aikaa: näkökäytävän on leikattava riittävän suuri tilavuus, fotonin on viivyttävä siellä riittävän kauan ja tilavuuden on todella muututtava tuona aikana. Tässä johdonmukaisessa fysikaalisessa ketjussa läiskä ei ole outo sattuma, vaan evolutiivisen reitin punasiirtymän selkeä sinetti koko taivaskartalla.