3.4 הכתם הקר הקוסמי: טביעת האצבע של היסט-לאדום אבולוציוני לאורך המסלול

דף הבית ／ פרק 3: היקום המקרוסקופי

1. I. התופעה והשאלה
2. אזור “קר יותר” מן הרגיל בשמים:
   מפות כל-השמים של קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל (CMB) מציגות תחום נרחב שטמפרטורתו נמוכה במעט מסביבתו. צורתו יציבה וקנה המידה שלו גדול. הדבר אינו דומה לתנודות אקראיות קטנות; לכן הסבר של “מקריות” בלבד איננו משכנע.
3. קרר מלכתחילה או השתנה בדרך?
   לאחר סילוק תורמי קידמה, מידת הקירור כמעט ואינה תלויה בתחום התדרים התצפיתי. מכאן שסביר שאיננו נובע מפליטה או מבליעה מקומית. נותרות שתי אפשרויות: האות היה “קר יותר בלידה” בראשית היקום, או שהשתנה לאורך קו הראייה.
4. זיקה למבנים בקנה מידה גדול:
   מדידות עצמאיות אחדות מצביעות באותו כיוון על חלל “דליל” נרחב לאורך קו הראייה. אם אכן משובץ במסלול נפח גדול בדחיסות נמוכה ובמתיחות השדה נמוכה (מדד “מתיחת” התצורה), עולה באופן טבעי חשד לאפקט שמקורו לאורך המסלול. עם זאת, כדי להסביר כמה קר, מדוע ועד כמה — נדרש שרשרת פיזיקלית ברורה.
5. II. המנגנון הפיזיקלי
6. “כיוונון באמצע הדרך”, לא מקור קר יותר:
   בתוך תאוריית סיבי האנרגיה (EFT) האור נתפס כחבילות של גלי הפרעה הנעים ב“ים אנרגיה”. מן היקום הקדום ועד אלינו הוא חוצה שלל מבנים. אם מפת מתיחות השדה לאורך המסלול נשארת נייחת בזמן מעבר הפוטון, היסטי התדר בכניסה וביציאה מבטלים זה את זה ואין אפקט נטו. אולם אם האזור מתפתח בזמן שהפוטון שוהה בו, נוצרת אי-סימטריה בין כניסה ליציאה ונשארת היסטת תדר נטו חסרת פיזור: היסט-לאדום אבולוציוני לאורך המסלול.
7. שרשרת סיבתית בת שלושה שלבים:
8. כניסה לנפח גדול במתיחות נמוכה: ההתפשטות האפקטיבית מואטת, קצב המחזור הפאזי של הפוטון מתארך, והטמפרטורה נדחפת מעט כלפי מטה.
9. שהייה כאשר האזור “קופץ חזרה”: הנפח בעל המתיחות הנמוכה איננו סטטי; במהלך האבולוציה הקוסמית הוא הולך ונעשה רדוד יותר.
10. יציאה עם “החזרה” בלתי מספקת: בהגיעו לשפה, הסביבה שונה מזו שהייתה בכניסה; מה שמוחזר ביציאה קטן ממה שנגרע בכניסה, ולכן נשארת נטיית קירור נטו.
    רק בהתמלא שלושת השלבים מתקבל היסט אבולוציוני יציב; אם השלב השני חסר (האזור איננו מתפתח), אפקט הכתם הקר לא יופיע.
11. מדוע הנפח צריך להיות “גדול ומשתנה בעדינות”:
    ההיסט הנטו תלוי במשך השהייה של הפוטון ובמידת השינוי וכיוונו בפרק זמן זה. אם הנפח קטן מדי או שהשינוי חלש, האפקט איננו נבנה; אם הנפח גדול מדי או שהשינוי חד, השפות יוצרות פיצויים מורכבים. הבולטות של הכתם הקר מצביעה על צירוף של “מספיק גדול, שינוי מתון”.
12. לא האפלה בעדשה ולא “קירור” בפיזור:
    עדשה כבידתית משנה בעיקר מסלולים וזמני הגעה תוך שמירת בהירות פני-השטח. פיזור או בליעה היו מותירים תלות בצבע ועיוותים מורפולוגיים. כאן החתימה היא ירידת טמפרטורה חסרת פיזור, המרמזת על טופוגרפיית מתיחות המתפתחת בזמן — לא על הצללה חומרית ולא על סינון כרומטי של התווך.
13. חלוקת תפקידים ביחס לאפקטים מבניים אחרים:
    בנפח דליל ורחב במיוחד נחלש ההטיה הסטטיסטית הכבידתית של חלקיקים בלתי יציבים, ונוצרת תשתית של מתיחות נמוכה. הפרעות לא סדירות מאיון חלקיקים עשויות לגלף מרקם עדין בשפות ולחליקן במעט. אך אלה “קישוטי שוליים” — לא הסיבה הראשית. הכוח המניע נותר התפתחות האזור בזמן מעבר הפוטון.
14. מדוע מסלולים שונים מניבים תוצאות שונות:
    פוטונים מאותה תקופה קוסמית שיימנעו מן הנפח הדליל המתפתח כמעט שלא יחוו היסט אבולוציוני; לעומתם, אלו החוצים אותו יישאו היסט קירור נטו. לכן אותה תשתית רקע מציגה הבדלי טמפרטורה תלויי כיוון, ו“הכתם הקר” מסמן את המסלול העובר באזור המשתנה.
15. III. אנלוגיה מאירת עיניים
16. מדרגות נעות שמשנות מהירות: אם המהירות קבועה, זמן ההגעה תלוי רק בתחנה הראשונה והאחרונה. אם באמצע הדרך המדרגות מאטות, לא ניתן “להחזיר” את הזמן שאבד ביציאה, ותגיע מאוחר יותר. כך גם בכתם הקר: לא תחנה כלשהי “נולדה קרה יותר”, אלא “שינוי המהירות בדרך” האריך את קצב המחזור הפאזי.
17. IV. השוואה לתיאוריה המקובלת
18. מכנה משותף — אפקט לאורך המסלול:
    הקוסמולוגיה הסטנדרטית מייחסת זאת לשינויי טמפרטורה עקב התפתחות בזמן של פוטנציאלים כבידתיים לאורך הנתיב. כאן אנו מתארים זאת כתצורת מתיחות המשנה את סידורה בזמן המעבר — גם כן רכיב מסלולי חסר פיזור, לא מקור קר יותר.
19. הבדלים — לשון ומוקד:
    הגישה הקלאסית מדגישה גאומטריה וחישובי פוטנציאל; כאן מודגשת הדינמיקה של התווך ושל המתיחות: כיצד האי-סימטריה בין כניסה-שהייה-יציאה ממירה “התפתחות” בירידת טמפרטורה נטו. במשתנים נצפים אין סתירה — שתי פנים לאותה מטבע.
20. שילוב בתמונה הרחבה:
    אותה לוגיקה של “כיוונון תוך כדי תנועה” מופיעה בעיכובי זמן בעדשה כבידתית חזקה ובתיקוני תדר עדינים. לאורך מסלולים נטולי התפתחות משתנה רק זמן ההגעה ולא קו-הבסיס התרמלי. לכן הכתם הקר הוא טביעת האצבע הבולטת ביותר של היסט-לאדום אבולוציוני על פני כל כיפת השמים.
21. V. מסקנה
22. הכתם הקר הקוסמי איננו “קר מלידה”. הוא נוצר משום שאות קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל חצה נפח גדול, בעל מתיחות שדה נמוכה ומתפתח: הכניסה דחפה את התדר מטה, והיציאה לא השיבה אותו במלואו — ונשארה נטיית קירור נטו חסרת פיזור. כדי שתיווצר חתימה כה חדה נדרשות יחד שלוש תנאים: קו הראייה חוצה נפח גדול דיו, הפוטון שוהה בו זמן מספיק, והנפח אכן משתנה בפרק זה. במסגרת שרשרת פיזיקלית בהירה זו, הכתם חדל להיות “צירוף מקרים מוזר” ומתגלה כחותם מובהק של היסט-לאדום אבולוציוני במפת כל השמים.