3.13 קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל: מ״נגטיב שהושחר מרעש״ אל עורקי־עדינים של מסלול וטופוגרפיה

דף הבית ／ פרק 3: היקום המקרוסקופי

הערת מונחים
בפרק זה אנו מאחדים את ״מקור הנגטיב — היווצרות הדגם — השכתובים לאורך הדרך — כיווניות בקני־מידה עצומים — שני טיפוסי הקיטוב״ במסגרת סיב–ים–טנזור: בראשית היקום נוצרו והתפרקו ללא הרף חלקיקים לא־יציבים כלליים (GUP); חפיפת זמני־החיים שלהם עיצבה במשותף את טופוגרפיית כבידה טנזורית סטטיסטית (STG); התפרקותם/אניחילציה שלהם החזירה לתווך חבילות־גל חלשות בתור רעש־רקע טנזורי (TBN). מכאן ואילך נשתמש אך ורק בשמות המלאים בעברית: חלקיקים לא־יציבים כלליים, כבידה טנזורית סטטיסטית ורעש־רקע טנזורי. כשנצטרך, נזכיר בפעם הראשונה גם קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל (CMB), ואחר כך נשתמש בשם העברי המלא בלבד.

הקדמה: מה בעצם אנחנו רואים?

• ה״נגטיב המיקרוגלי״ של השמים סביב ‎2.7‎ K אחיד להפליא אך אינו אחיד־צבע: ניכרות סדרות מחזוריות של שיא–עמק (פסגות אקוסטיות), המבנה הקטן־קנה־מידה מתעגל ומתרכך (החלקה), והקיטוב מתפצל למוד E ולמוד B חלש יותר. בקני־מידה זוויתיים ענקיים מופיעות גם עדויות לכיווניות (אי־סימטריה המיספרית, יישור מולטיפולים נמוכים, ״כתם קר״ וכו׳).
• שלושה חוטים מרכזיים בולטים: ״הקפאה״ מוקדמת (הרקע והקצב), עיבוד־מחדש לאורך המסלול (עדשות וזכוכית חלבית), וטופוגרפיה בקנה־מידה גדול (כיווניות חלשה). מסגרת סיב–ים–טנזור קושרת אותם לשרשרת פיזיקלית רציפה אחת.

I. מה מקור הרקע: מדוע רעש־רקע טנזורי הושחר מוקדם לקרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל (מנגנון וקני־מידה זמניים)

תמצית תחילה
״הים״ הקוסמי בראשית היה סמיך מאוד (צימוד חזק, פיזור חזק, אורך דרך חופשי קצר מאוד). במחזור ״משיכה–פיזור״ הזרימו החלקיקים הלא־יציבים הכלליים אנרגיה שוב ושוב לתווך כחבילות־הפרעה רחבות־סרט ולוא־קוהרנטיות — הוא רעש־רקע טנזורי. ב״מרק מצומד חזק״ זה הושחרו החבילות במהירות ויצרו רקע כמעט־גוף־שחור. משהפך היקום לשקוף נשאו הפוטונים את הנגטיב הזה עד ימינו.

• סיר סמיך: צימוד חזק — פיזור חזק
  אינטראקציות תכופות בין פוטונים לחומר טעון גורמות לכל ״פירור אנרגיה״ להיבלע–להיפלט–להיבלע שוב; הבדלי כיוון ופאזה נמחים במהירות.
• הושחרה: כיוונון האנרגיה ו״תערובת הצבעים״
  ״תערובת הצבעים״ היא ההתפלגות על פני התדרים. המרק המצומד חזק מכבה העדפות־פס ומושך את הספקטרום לצורת גוף־שחור; גוני־צבע נעלמים ונשאר סולם טמפרטורה יחיד.
• סדר זמנים: ‎(t_{\text{black}}\ll t_{\text{macro}}\lesssim t_{\text{decouple}})‎
  ההושחרה מהירה מן האבולוציה המאקרוסקופית: הרקע נקבע תחילה ואז משתנה לאט; לפיכך הוא יציב עד רגע ההתנתקות.
• עוגן הטמפרטורה: ההזרקה הכוללת קובעת את הסקאלה
  סכום ההזרקה מרעש־הרקע הטנזורי קובע את טמפרטורת הגוף־שחור; כאשר התעלות המיקרוסקופיות המשנות את ״תערובת הצבעים״ קופאות בזו אחר זו, הסקאלה ננעלת ומתקררת עם ההתרחבות עד ~‎2.7‎ K.
• לאחר השקיפות עדיין כמעט גוף־שחור: איברי מסלול אכרומטיים
  לאחר השקיפות, אפקטי־מסלול מזיזים את הבהירות באותו כיוון בכל התדרים (״מחיר העלייה/הירידה״), ולכן צורת הגוף־שחור נשמרת; נותרים רק שינויים זוויתיים.
• מקור האחידות הגבוהה
  ההושחרה התרחשה ב״תקופה העבה״, שבה חילופים מהירים מחקו הבדלי כיוון. הרעידות הזעירות בשעת ההתנתקות ״צולמו״, ומאז עוּבדו בעדינות בלבד.

לסיכום
רעש־רקע טנזורי → הושחרה מהירה → רקע כמעט־גוף־שחור בסקאלת טמפרטורה יחידה; זה מסביר את ה״כמעט צורת גוף־שחור מושלמת״ ואת ה״אחידות הגבוהה״ של קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל.

II. כיצד נחרטו הדגמים: דחיסה–התרה בפאזה מצומדת וחלון הקוהרנטיות (קרום התוף האקוסטי)

1. ״נשימה״ בין דחיסה להתרה
   נוזל פוטונים–בריונים התנדנד בין משיכת כבידה להתראת לחץ אלסטית, ויצר תנודות אקוסטיות — כמו קרום תוף הלחוץ קלות ואז משוחרר.
2. חלון קוהרנטיות וסרגל תקני
   לא כל הקנים מסתכמים בפאזה. רק אורכי גל מסוימים נכנסים לתהודה חזקה ומשאירים כיום ריווח מחזורי שיא–עמק בספקטרי העוצמה של הטמפרטורה והקיטוב (הסרגל האקוסטי).
3. פריים קפוא בהתנתקות
   ברגע ההתנתקות נרשם בבת אחת ״מי על שיא הדחיסה/בעמק ההתרה, באיזו משרעת ובאיזו צפיפות פעימות״. ניגוד השיאים האי־זוגיים/זוגיים מתעד את ״העומס והקצב״ של התווך (עומס בריוני מגביה יחסית את פסגות הדחיסה).
4. איך לקרוא את המפה

• מרווח שיא–עמק → גבול מהירות התפשטות וסרגל גאומטרי.
• ניגוד אי־זוגי/זוגי → עומס בריוני ויעילות ההתרה.
• מופע ומשרעת של מתאם טמפרטורה–E (TE) מאמתים שהקצב האקוסטי נרשם כהלכה. בהמשך נשתמש בשם העברי המלא בלבד למתאם טמפרטורה–E.

III. ״עדשות וזכוכית חלבית״ לאורך המסלול: הטופוגרפיה מסיטה, מרככת פרטים ועדה לדליפת E→B (עיבוד־דרך)

1. כבידה טנזורית סטטיסטית: לוח זכוכית עבה וקמור קלות
   סכימת משיכות זעירות רבות דומה ללוח זכוכית עבה וקמורה מעט:

• ריכוך בקני־מידה קטנים: שיאים ועמקים מתעגלים; עוצמה נדחפת לקנים גדולים יותר (ספקטרי טמפרטורה/קיטוב ״מתרככים״).
• דליפת E→B: מוד E הדומיננטי מסתובב לאורך הדרך ומוליד מוד B קטן.
• ציפיית מיפוי משותף: על מוד B להתאים חיובית להתכנסות/גזירה ((\kappa/\phi)), חזק יותר ככל שהקנה קטן; שחזור עדשה בארבע נקודות ועוצמת הריכוך הספקטרלי צריכים להגביל יחדיו את אותו שדה טופוגרפי.

2. רעש־רקע טנזורי: זכוכית חלבית רחבת־סרט
   בעולמנו הנוכחי הרעש החלש מאוד אינו משנה את צורת הגוף־שחור, אך מעדן עוד את קצות הקנה הקטן ומוסיף דליפת E→B קלה. עצמתו עוקבת בעדנה אחר פיזור המבנים הפעילים, ללא חתימה כרומטית חזקה.
3. אבולוציית מסלול (היסט אכרומטי כולל)
   מעבר דרך נפחי־ענק טנזוריים המתפתחים לאט יוצר אי־סימטריית ״כניסה–יציאה״ שמצננת/מחממת נטו קו־ראייה שלם. טביעת האצבע היא אכרומטיות (אותו סימן בכל התדרים), שמבדילה זאת מקדמיות ״צבעוניות״ כמו אבק.

• גם אבולוציה מוקדמת (מעבר קרינה–חומר) וגם מאוחרת (העמקת/התרת מבנים) תורמות.
• צפויה התאמה חיובית אך חלשה לסמנים של מבנה בקנה־מידה גדול (מפת (\phi), צפיפות גלקסיות).

4. ״זכוכית חלבית דקה״ מן היוניזציה־מחדש
   אלקטרונים חופשיים בתקופת היוניזציה־מחדש מחליקים בעדינות טמפרטורה בקנה קטן ומחדשים מוד E בזוויות גדולות. יש לחשב את חלקם יחד עם תרומת הכבידה הטנזורית הסטטיסטית ורעש־הרקע הטנזורי.

רשימת אבחנה

• אותו אזור וסטיות־אות באותו כיוון בכמה פסי־תדר ⇒ אבולוציית מסלול.
• ריכוך קנה קטן המכומת עם שדה קנה־גדול ⇒ הכבידה הטנזורית הסטטיסטית שולטת.
• התרחבות קלה נוספת ללא כרומטיות ברורה ⇒ שאריות רעש־רקע טנזורי.

IV. טקסטורה בקנה־מידה עצום וכיווניות: הילה מאוחרת של ״רכסים ומסדרונות״ טופוגרפיים

• העדפת כיוון
  אם קיימים רכסים/מסדרונות/עמקים בקנה־מידה סופר־אופקי, המולטיפולים הנמוכים עשויים להתיישר (פער המיספרי, יישור נמוכי־סדר). אין זו אנומליה שרירותית אלא הקרנה גאומטרית של טקסטורה טנזורית־על.
• היסטים גושיים בסגנון ״הכתם הקר״
  קווי־ראייה דרך תחומי־ענק מתפתחים עשויים להיראות קרים/חמים כגוש שלם. מתאם מוצלב עם הא פקט זאקס–וולף המשולב (ISW), עם מפות התכנסות או עם מדדי מרחק אמור להראות הֵד חלש, באותו סימן. מכאן ואילך נשתמש בשם העברי המלא הא פקט זאקס–וולף המשולב.
• צורת הגוף־שחור נשמרת
  ההשפעות משנות בהירות וכיוון, לא את ״תערובת הצבעים״; לכן הספקטרום הגופ־שחורי נשמר.

V. מקור שני טיפוסי הקיטוב: E כסיפור הראשי, B מן הסתה ודליפה

1. מוד E (ה״פלטה״ הראשית)
   אניזוטרופיה על ״קרום התוף האקוסטי״ הוטבעה ברגע ההתנתקות דרך פיזור כתבנית קיטוב סדורה, העוקבת אחד־לאחד אחר קצב הטמפרטורה (מתאם טמפרטורה–E הוא טביעת־האצבע).
2. מוד B (נולד בעיקר לאורך הדרך)
   כבידה טנזורית סטטיסטית מסיטה מודולי E ומדליפה מעט מוד B; רעש־רקע טנזורי מוסיף דליפה קלה נוספת.

• לפיכך מוד B חלש ומותאם מרחבית להתכנסות/גזירה באופן תלוי־קנה.
• עודף עתידי בזוויות גדולות עשוי להעיד על גלים אלסטיים רוחביים מוקדמים (דמויי־כבידה), אך אין בהם צורך כדי להסביר את מוד B הנצפה כבר.

VI. מדריך קריאה למפות (יישומי): חילוץ פיזיקה מקרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל

• קנה־מידה: מרווח שיא–עמק ⇒ סרגל אקוסטי וגבול התפשטות.
• עומס: ניגוד שיאים אי־זוגיים/זוגיים ⇒ עומס בריוני ויעילות ההתרה; מופע ומשרעת המתאם טמפרטורה–E מאמתים את הקצב.
• ריכוך: קנה קטן רך יותר ⇒ כבידה טנזורית סטטיסטית ״עבה״ יותר או רעש־רקע טנזורי חזק יותר; חלקו ״תקציבים״ יחד עם מפת (\phi) ואומדן ארבע־נקודות.
• כיוון: בדקו ציר מועדף/פער המיספרי; הצליבו עם עידוש חלש, תנודות אקוסטיות בריוניות (BAO) או הבדלי מרחק דקים מסופרנובות. נשתמש מעתה בשם העברי המלא תנודות אקוסטיות בריוניות.
• אכרומטיות: היסטים באותו סימן בין פסי־תדר ⇒ אבולוציית מסלול; כרומטיות ⇒ קדמיות (אבק, סינכרוטרון, חופשי–חופשי).
• מתאם B–(\kappa): מתחזק לקנים קטנים ⇒ עידוש־דרך מכבידה טנזורית סטטיסטית דומיננטי; לאחר הסרת־עידוש שייר B מגביל רעש־רקע טנזורי ו/או גלים אלסטיים רוחביים.

VII. לצד נרטיב ״הספר״: מה נשמר ומה נוסף (עם התחייבויות ניתנות לבחינה)

1. נשמר

• פאזה אקוסטית מצומדת חזקה שהוקפאה מאוחר יותר.
• שכתובים מאוחרים ועדינים מן העידוש ומהיוניזציה־מחדש.

2. נוסף/שונה

• מקור הרקע: הרקע הכמעט־גופ־שחורי נובע מהושחרה מהירה של רעש־רקע טנזורי — ללא רכיבים אקזוטיים נוספים.
• תקציב הריכוך: ריכוך קנה קטן הוא סכום כבידה טנזורית סטטיסטית + רעש־רקע טנזורי, לא ״עוצמת־עדשה״ יחידה.
• מיקום ״אנומליות״: אי־סימטריה המיספרית, יישור מולטיפולים נמוכים והכתם הקר הם הילות טבעיות של טופוגרפיית טנזור, וצפויות הדדיות במאגרי מדידה רבים.

3. התחייבויות נבחנות

• מפת־טופוגרפיה משותפת אחת אמורה להפחית יחד שרידי עידוש הן בקרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל והן בעידוש החלש של גלקסיות.
• מתאם מוד B–התכנסות מתחזק לעבר קנים קטנים.
• היסטים אכרומטיים נעים יחד בין פסי־תדר.
• לכיוון הכתם הקר מופיעים הדים חלשים, באותו סימן, ב־ISW, במדדי מרחק ובמפות התכנסות.

VIII. הפרדת ״טופוגרפיה/מסלול״ מן ״קדמיות/מכשיר״

• אכרומטי לעומת כרומטי: אכרומטי ⇒ אבולוציית מסלול; כרומטי ⇒ קדמיות (אבק, סינכרוטרון וכו׳).
• בדיקת־צלב B–(\kappa): התאמה מובהקת בין B להתכנסות/גזירה ⇒ הסתה מכבידה טנזורית סטטיסטית סבירה; אחרת — להיזהר מדליפת קיטוב מכשירית.
• תפר רב־פסי: עגנו את צורת הרקע בעקומת גוף־שחור; נצלו שיירים ספקטרליים לזיהוי עיוותי ‎μ/y‎ ולהצבת חסם עליון להזרקות מאוחרות מרעש־רקע טנזורי.
• שחזור ארבע־נקודות/(\phi): עקביות בין מידת ריכוך TT/TE/EE לבין אומדנים לא־גאוסיים ⇒ אותו שדה־טופוגרפי מוגבל יחדיו במופע, במשרעת ובאי־גאוסיות.

IX. אימות ומבט־קדימה (רשימת ״הפרך או חזק״ ברמת נתונים)

• P1 | מבחן מפה משותפת: הת契 מיפוי הריכוך בקרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל ובעידוש החלש של גלקסיות לאותה מפת (\phi/\kappa); אם השרידים מצטמצמים יחד — הכבידה הטנזורית הסטטיסטית דומיננטית.
• P2 | שייר ספקטרום B לאחר הסרת־עידוש: שייר רחב־סרט, לוא־קוהרנטי ושיפועו מתון ⇒ תומך בחלקו של רעש־רקע טנזורי; ״גיבנת״ בזוויות גדולות ⇒ מרמזת על גלים אלסטיים רוחביים מוקדמים.
• P3 | חציות אכרומטיות עם הא פקט זאקס–וולף המשולב: מאפייני זווית־גדולה הנעים אכרומטית עם מבנה־על/מפות (\phi) מחזקים את פירוש אבולוציית־המסלול.
• P4 | הדים של הכתם הקר בריבוי נתונים: תגובות חלשות, באותו סימן, ב־ISW, במדדי מרחק ובמפות התכנסות בכיוון זה — מאששות הילה טנזורית ולא רעש אקראי.
• P5 | גבולות לעיוותי ‎μ/y‎: גבולות ספקטרליים מחמירים יותר על ‎μ/y‎ מרמזים על הזרקה מאוחרת חלשה יותר מרעש־רקע טנזורי; אחרת ניתן לכמת את תקציבו.

X. אנלוגיה מוחשית: קרום תוף וזכוכית חלבית

1. פאזת ״קרום התוף״: הקרום מתוח (מאמץ טנזורי גבוה) וזרוע טיפות זעירות (הפרעות שהוזרקו מחלקיקים לא־יציבים כלליים). המאמץ והעומס מייצרים את קצב הדחיסה–התרה.
2. פריים קפוא: בשעת ההתנתקות ״אז ושם״ מצולם.
3. מבט דרך הזכוכית: בהמשך רואים את הנגטיב דרך זכוכית גלית־קמעא (כבידה טנזורית סטטיסטית) ודקה־חלבית (שיירי רעש־רקע טנזורי):

• הגליות מעגלת את הדגם;
• החלביות מרככת את השוליים;
• אם הזכוכית משתנה באיטיות, טלאי שלם עשוי להיראות קר/חם יותר בלי שתערובת הצבעים תשתנה.
  כך נראית היום קרינת הרקע הקוסמית במיקרוגל.

XI. ארבע שורות תמצית

• רקע מן הרעש: רעש־רקע טנזורי מוקדם הושחר מהר ב״סיר סמיך״ והציב רקע כמעט־גוף־שחור בסקלת טמפרטורה יחידה.
• דגם מן הקצב: דחיסה–התרה בפאזה מצומדת חזקה חרטו קצב קוהרנטי (שיא–עמק ומוד E).
• ״כירורגיה״ קלה לאורך הדרך: כבידה טנזורית סטטיסטית מעגלת דגמים ומדליפה E→B; רעש־רקע טנזורי מרכך עוד; אבולוציית מסלול מותירה היסטים אכרומטיים.
• קני־מדה עצומים אינם ״נתונים גרועים״: אי־סימטריה המיספרית, יישור מולטיפולים נמוכים והכתם הקר הם הילות טנזוריות וצפויות להדהד באותו סימן בתצפיות רבות.

סיכום

• בתמונה מאוחדת — ״נגטיב שהושחר מרעש + צללים חופפים של טופוגרפיה מתוחה + תיקוני עדשה עדינים לאורך המסלול״ — אנו שומרים את גרעין ה״פסגות האקוסטיות״ של הספר ומעמידים בית פיזיקלי ומסלולי בדיקה לריכוך, למוד B, לכיווניות ולאנומליות לכאורה.
• לכדו את התמונה בשבעה צעדי קריאה — הביטו בסרגל, בעומס, בריכוך, בכיוון, באכרומטיות, במתאם B–(\kappa) ובשייר שאחרי הסרת־עידוש — וכך תקשרו תכונות מפוזרות למפת־טנזור של היקום שאימותיה הדדיים.