3.3 Gravitaatiolinssi-ilmiö: tensoripotentiaalin ohjauksen luonnollinen seuraus

Etusivu ／ Luku 3: Makroskooppinen universumi

Terminologia
Tässä osassa linssivaikutuksen tarvitsema “lisäveto” selitetään kahdella ilmiöllä, jotka liittyvät yleistettyihin epävakaisiin hiukkasiin (GUP). Niiden rajallisen eliniän aikana monet pienet vedot summoituvat ja keskiarvoistuvat pitkäkestoiseksi taustaksi, jota kutsumme tilastolliseksi tensorigravitaatioksi (STG). Kun hiukkaset hajoavat tai annihiloituvat, ne ruiskuttavat väliaineeseen laajakaistaista energiaa, joka ilmenee tensoripohjaisena paikallisena kohinana (TBN). Jatkossa käytämme yhteisnimeä epävakaat hiukkaset ja viittaamme tekstiissä pelkillä suomenkielisillä nimillä tilastollinen tensorigravitaatio ja tensoripohjainen paikallinen kohina.

I. Ilmiöt ja haasteet

Kaukaisten kohteiden valo taipuu kulkiessaan etualan galaksin tai galaksijoukon ohi, mikä synnyttää kaaria, renkaita ja useita kuvia. Suuremmassa mittakaavassa tuhannet taustagalaksit venyvät hienoisesti samaan suuntaan ja muodostavat heikon linssauksen leikkauskuvioita.

• Aika “pitenee” myös: Saman lähteen eri polut saapuvat päivien–viikkojen erolla. Viiveet ovat luotettavasti mitattavissa ja lähes väri­riippumattomia.
• Hankalat yksityiskohdat: Fluksisuhteet poikkeavat usein odotetusta, satulakuvat himmenevät tai katoavat herkästi, keskikuva on tukahdutettu tai puuttuu, ja linssimassa poikkeaa ympäristöstä riippuen dynaamisesta massasta. Tämä viittaa siihen, että linssaus reagoi paitsi näkyvään aineeseen myös väliaineen omaan rakenteeseen.

II. Fysikaaliset mekanismit

1. Maisemanäkymä: ohjaus tensoripotentiaalilla
   Ajatellaan universumia “energiamerenä”, jota voidaan kiristää tai löysätä. Etualan rakenne vetää pintaa sisäänpäin ja muotoilee tensoripotentiaalin maiseman, jossa on altaita ja rinteitä. Valo käyttäytyy suunnattuna aaltopakettina, joka pyrkii “kuluttamaan vähemmän optista aikaa” (Fermat’n periaate). Tällä maisemalla aaltorintama kiertyy allasta kohti, reitti ohjautuu uudelleen ja seurauksena on taipuma, kirkastuminen ja monikuvaisuus. Tyhjiössä ja geometrisen optiikan raja-alueella ohjaus on käytännössä akromaattista; selvä taajuusriippuvuus ilmenee, kun reitti käy plasman läpi tai siirtyy aaltoptiikan alueelle (diffraktio/interferenssi).
2. Sileä “lisärinne”: tilastollinen tensorigravitaatio
   Näkyvän aineen muovaaman sisärinteen lisäksi monien epävakaiden hiukkasten hienovaraiset vedot, ajassa ja näkösuunnassa keskiarvoistettuina, tuottavat pysyvän lisärinteen:
   • Riittävästi nostetta: Yhdessä perusrinteen kanssa fokusointi vahvistuu; kaaret pitenevät ja renkaat täydentyvät.
   • Ympäristön mukana elävä: Alueilla, joilla yhdentymiset ovat yleisiä, suihkut aktiivisia tai kosminen leikkaus vahvaa, “lisärinne” paksuuntuu ja linssaus voimistuu; rauhallisemmissa ympäristöissä vaikutus on heikompi.
   • Näkösuunnan integraali: Linssaus “lukee” koko integroidun maiseman valo­polun varrelta. Siksi linssimassa on usein dynaamista massaa suurempi, etenkin suuntiin, joissa on runsaasti suur­skalaarista rakennetta.
3. Hienot “tummat väreet”: tensoripohjainen paikallinen kohina
   Kun epävakaat hiukkaset hajoavat tai annihiloituvat, ne syöttävät väliaineeseen laajakaistaisia, heikosti koherentteja aaltopaketteja. Suurina määrinä ne muodostavat diffuusin, hienorakeisen tekstuurin, joka häiritsee valoreittiä kuin tummat väreet:
   • Hellävaraisia tönäisyjä reitille: Satulakuvat ovat herkimpiä ja siksi himmenevät, vääristyvät tai katoavat helpommin.
   • Fluksin uudelleenjako: Kirkkaussuhteet kirjoittuvat uusiksi mutta pysyvät lähes kaistasta riippumattomina, kuten monikaistaiset havainnot osoittavat.
   • Alarakenteen kangastus: Hieno tekstuuri ei ole lisäjoukko pieniä kappaleita, mutta se jättää kuva­tasolle jälkiä, jotka näyttävät “liialta tai niukalta” kokkareisuudelta ja selittävät luontevasti ristiriitaiset alarakennemäärät.
4. Ajan kirjanpito: geometria + potentiaali
   Kuvien saapumiseron muodostaa kaksi osaa: pidempi fyysinen reitti (geometrinen termi) sekä hitaampi kulku rinteen korotetulla optisella ajalla (potentiaalitermi). Molemmat ovat käytännössä taajuusriippumattomia, joten viive on lähes akromaattinen. Jos maisema kehittyy hitaasti havaintojakson aikana — joukot raskautuvat, tyhjät alueet palautuvat — kuvapaikkoihin tai viiveisiin voi kertyä hyvin pieniä, akromaattisia ajautumia.
5. Yksi kartta, kolme lukutapaa: linssaus—rotaatio—polarisaatio
   Linssaus luotaa kahden ulottuvuuden reittiohjauksen. Rotaatiokäyrät paljastavat kolmiulotteisen ratojen kiristymisen. Polarisaatio ja kaasun tekstuuri piirtävät rinteelle harjanteet ja käytävät. Näiden tulisi sijaita ja suuntautua yhdessä: siellä missä rinne on syvempi ja raidat selvemmät, kaikkien kolmen indikaattorin pitäisi osoittaa samaan suuntaan.

III. Testattavat ennusteet ja ristivarmennus (havaintoihin ja mallinsovitukseen)

• P1 | Akromaattisuus: Plasmadispersion poiston jälkeen taipuman ja aikaviiveen tulee sekä vahvassa että heikossa linssauksessa olla suunnaltaan ja suuruudeltaan yhtäpitäviä yli kaistojen. Jos ilmeni selvä värien erottuminen, se selitetään ensin väliaineen tai aaltoptiikan vaikutuksilla, ei itse maisemalla.
• P2 | Satulukuvien etuoikeutettu poikkeama: Fluksisuhdeanomaliat painottuvat satulakuviin ja korreloivat positiivisesti hienon tekstuurin voimakkuuden kanssa; mittareina voidaan käyttää diffuusia radioemissiota, yhdentymisakseleita ja iskuaaltojen eturintamia.
• P3 | Linssimassan ja ympäristön riippuvuus: Linssimassan ylijäämän dynaamiseen massaan nähden tulee seurata näkösuunnan suur­skalaarisia κ/φ-kenttiä ja kosmista leikkausta — tämä on tilastollisen tensorigravitaation integraalinen sormenjälki.
• P4 | Moniepoikkinen mikroajautuma: Järjestelmät, joissa yhdentymiset tai voimakkaat suihkut ovat merkittäviä, voivat osoittaa hyvin pieniä kuvapaikka- tai viiveajautumia vuosien–vuosikymmenten aikaskaalassa, yhdenmukaisesti hitaan maisemakehityksen kanssa; trendin tulisi kulkea samaan suuntaan diffuusin radioemission hitaiden muutosten kanssa.
• P5 | Tarkistus yhdellä kartalla: Asetetaan samaan näkökenttään kaaret/kuvat, κ-käyrät, rotaatiokäyrien residuaalit, diffuusi radioemissio ja polarisaation pääakselit yhdelle kartalle; odotetaan yhteissijaintia ja -suuntautumista. Ellei näin ole, tarkistetaan ensin etualan poisto ja astrometrinen rekisteröinti.
• P6 | Parametrisesti taloudellinen sovitus: Käytetään kolmitasoista mallia — sisärinne näkyvästä aineesta + tilastollinen tensorigravitaatio (lisärinne) + tensoripohjainen paikallinen kohina (hieno tekstuuri) — jossa on vähän yhteisiä parametreja, ja sovitetaan samanaikaisesti kuvapaikat, muodot, suurennukset ja viiveet; ristiinvarmennetaan dynamiikalla ja radioemissiolla.

IV. Vertailu vallitsevaan selitykseen

1. Yhteiset piirteet
   Molemmat kuvaukset selittävät kaaret, renkaat, monikuvaisuuden ja aikaviiveet, ja ennustavat tavallisesti lähes akromaattisen käyttäytymisen, kun gravitaatio hallitsee.
2. Erot (tämän kuvan vahvuudet)
   • Vähemmän parametreja: Ei tarvita “räätälöityä näkymättömien kokkareiden listaa” jokaiseen järjestelmään; lisärinne ja hieno tekstuuri seuraavat yhdestä tilastollisesta prosessista.
   • Monet suureet yhdellä kartalla: Linssaus, rotaatio, polarisaatio ja nopeuskentät rajoittavat yhdessä samaa tensoripotentiaalin maisemaa.
   • Yksityiskohdat seuraavat luontevasti: Fluksisuhdeanomaliat, satulukuvien haavoittuvuus ja ympäristöriippuva linssi–dynamiikka-kuilu johtuvat suoraan herkkyydestä “rinteelle + tekstuurille”.
3. Inklusiivisuus
   Jos tulevaisuudessa varmistuu uusi mikroskooppinen komponentti, se voi toimia lisärinteen mikrolähteenä. Ilman uutta ainetta yhdistelmä tilastollinen tensorigravitaatio ja tensoripohjainen paikallinen kohina riittää jo kokoamaan linssauksen keskeiset ilmiöt yhtenäiseksi selitykseksi.

V. Vertauskuva

“Laakso + tummat väreet vedenpinnalla.”
Laakso ja rinteet vastaavat tensoripotentiaalin maisemaa, joka ohjaa kulkijan (valon) vähimmän vaivan reitille. Veden pinnan näkymättömät väreet ovat tensoripohjainen paikallinen kohina: ne värisyttävät kuvaa hienovaraisesti ja jakavat kirkkauden uudelleen. Makrotasolla laakso määrittää suunnan; mikrotasolla väreet hienosäätävät yksityiskohdat.

VI. Johtopäätökset

• Tilastollinen tensorigravitaatio muodostaa sileän “lisärinteen”, joka kokoaa valoa tehokkaammin ja selittää kaaret, renkaat, monikuvat sekä yleisen suurennuksen.
• Geometrinen ja potentiaalinen termi yhdessä aiheuttavat lähes akromaattiset aikaviiveet.
• Tensoripohjainen paikallinen kohina siirtää kuvapaikkoja hienovaraisesti ja jakaa fluksin uudelleen, mikä selittää fluksisuhdeanomaliat, satulukuvien haurauden ja vaikutelman “liiasta tai liian vähästä” alarakenteesta.
• Linssimassa arvioidaan tyypillisesti suuremmaksi, koska linssaus integroi maiseman koko reitin pituudelta, kun taas dynamiikka “lukee” pääasiassa lähiympäristöä.

Kun linssausta tarkastellaan väliaineen vaikutuksena, joka koostuu rinteestä (tilastollinen tensorigravitaatio) ja hienosta tekstuurista (tensoripohjainen paikallinen kohina), kaaret/renkaat/aika/kirkkaus/ympäristöriippuvuus sekä rotaatiokäyrien ja polarisaation tilallinen yhteensopivuus asettuvat samalle tensoripotentiaalin kartalle. Vähemmillä oletuksilla ja useammilla yhteisillä karttarajoitteilla tämä kuva tarjoaa yhtenäisen ja testattavissa olevan selityksen.