3.13 Latarang mikrowave ng kosmos: Mula sa “negatibong larawan na pinaitim ng ingay” tungo sa pinong himaymay ng landas at rupa

Home ／ Kabanata 3: Uniberso sa antas makroskopiko

Tala sa mga termino
Itinatali ng bahaging ito ang “pinagmulan ng negatibo—sanhi ng mga guhit—mga rebisyon sa kahabaan ng biyahe—pagkiling ng direksiyon sa napakalaking sukat—dalawang anyo ng polarisasyon” sa loob ng balangkas na pilamento–karagatan–tensor: sa unang sansinukob, tuluy-tuloy na nalilikha at nagkakabuwag ang Pangkalahatang Hindi-Matatag na Partikulo (GUP); ang nagsasapawan nilang buhay ay sama-samang humubog sa topograpiya ng Istatistikal na Grabidad na Tensor (STG); at ang kanilang pagbuwag/pag-anihilasyon ay nagbabalik ng mahihinang bugso ng alon sa daluyan bilang Ingay na Likas na Tensor (TBN). Mula rito, gagamitin natin ang tatlong buong tawag sa Filipino: pangkalahatang hindi-matatag na partikulo, istatistikal na grabidad na tensor, at ingay na likas na tensor.

Paunang tanong: Ano ba talaga ang ating tinitingnan?

• Ang “negatibong mikrowave” ng langit na mga 2.7 K ay napakakugit, ngunit hindi iisang kulay: may maayos na kumpas ng taluktok-libis (mga tugtog akustiko), lumalambot at umiikot ang detalye sa maliliit na sukat (pagpapakinis), at nahahati ang polarisasyon sa modang E at mas mahinang modang B; sa napakalalaking anggulo ay may pahiwatig ng direksiyon (di-pagkakatulad ng dalawang hemispero, pagkahanay ng mabababang multipole, “malamig na batik,” atbp.).
• Tatlong pangunahing pahiwatig ang bantay-salakay: pagyeyelong maaga (pinakasaligan at kumpas), muling pagproseso sa landas (mga lente at basong malabo), at topograpiyang malakihan (mahina ngunit may direksiyon). Pinagdudugtong ng pilamento–karagatan–tensor ang mga ito bilang iisang kadena ng pisika.

I. Saan galing ang saligan: Bakit ang ingay na likas na tensor noong una ay “umitim” bilang latarang mikrowave ng kosmos (mekanismo at oras-iskala)

Buod muna
Napakakapal ng “karagatan” ng unang sansinukob (malakas ang pagkakakabit, malakas ang rasik, napakaiksi ng malayang tahak). Sa siklong “hila–rasik,” paulit-ulit na nagbabalik-enerhiya ang pangkalahatang hindi-matatag na partikulo sa anyo ng malapad-sinturon at mababang-kohirensiyang bugso—ang ingay na likas na tensor. Sa “sopas” na malakas ang kabit, mabilis na “umiitim” ang mga bugso at nabubuo ang halos perpektong anyo ng bagay-itim. Nang luminaw ang sansinukob, dinala ng mga poton ang negatibo hanggang ngayo’y ating tinatanggap.

• Makapal na palayok: malakas na kabit—malakas na rasik
  Dahil sa madalas na ugnayan ng poton at may-kargang bagay, ang anumang “pira-pirasong enerhiya” ay sunod-sunod na nasisipsip–naibubuga–nasisipsip, kaya mabilis na nabubura ang diperensiya ng direksiyon at pihit.
• Pag-itim: inaayos ang enerhiya at ang “halo ng kulay”
  Ang “halo ng kulay” ay hati ng liwanag sa iba’t ibang dalas. Pinalalabo ng sopas na malakas ang kabit ang pagkiling sa mga tukoy na dalas at itinutulak ang ispektrum tungo sa hugis ng bagay-itim, kaya iisang hagdan ng temperatura ang natitira.
• Ayos ng oras: (t_{\text{itim}} \ll t_{\text{makro}} \lesssim t_{\text{pagkakahiwalay}})
  Mas mabilis ang pag-itim kaysa takbo ng ebolusyong makroskopiko; naitatag muna ang saligan bago ito bahagyang magbago, kaya matatag ito hanggang sandali ng pagkakahiwalay.
• Pagkakalibrate ng temperatura: kabuuang iniksyon ang lumulukat ng sukat
  Itinatakda ng kabuuang iniksyon ng ingay na likas na tensor ang hagdan ng temperatura ng bagay-itim; kapag nagsara ang maliliit na daanang “pampakulay,” nalulukat ang hagdan at kasabay ng paglawak ay lumalamig hanggang ~2.7 K.
• Pagkaraan ng paglilinaw, bagay-itim pa rin: akromatikong terma ng landas
  Pagkalinaw, iisa ang direksiyon ng paglipat ng liwanag sa lahat ng dalas (gastos na “paitaas/paibaba”), kaya napananatili ang hugis ng bagay-itim at ang naiwan ay ang pagbabago ayon sa anggulo.
• Bakit napakakugit
  Naganap ang pag-itim sa “pinakakapal” na panahon, kaya nahugas ang pagkakaiba ng direksiyon; ang mumunting kulubot sa pagkakahiwalay ay na-“freeze-frame” at kaunti lamang ang naging rebisyon pagkatapos.

Buod
Ingay na likas na tensor → mabilis na pag-itim → halos bagay-itim na saligan na may iisang hagdan ng temperatura; dito naipapaliwanag ang “halos perpektong bagay-itim” at “matinding kugit” ng latarang mikrowave ng kosmos.

II. Paanong na-ukit ang mga guhit: Dikdik–balikwas sa panahong magkakakabit at bintana ng kohirensiya (balát ng tambol na akustiko)

1. “Paghinga” sa pagitan ng dikdik at balikwas
   Umuugoy ang likidong poton–barion sa hatak-grabidad at ganti ng presyon, kaya lumilitaw ang mga osilasyong akustiko—gaya ng bahagyang pinisil at binitawang balát ng tambol.
2. Bintana ng kohirensiya at pamalong panukat
   Hindi lahat ng sukat ay nagdadagdag sa parehong direksiyon. Tanging tiyak na habang-alon ang pinakamalakas ang tugma, kaya naiwan ang palagiang pagitan ng taluktok–libis sa ispektrum ng kapangyarihan ng temperatura at polarisasyon ngayon (pamalong akustiko).
3. Still-shot sa sandali ng pagkakahiwalay
   Noong pagkakahiwalay, “sino ang nasa taluktok/sa libis, gaano ang galaw, at ilang kumpas ang kasya” ay sabay na naitalâ. Isinasaad ng diperensiya ng mga taluktok na balî/pares ang “pasan at takbo” ng likido (pinapataas ng pasan-barion ang mga taluktok ng dikdik).
4. Gabay sa pagbabasa

• Agwat ng taluktok–libis → hangganan ng bilis ng pagpapalaganap at pamalong heometriya.
• Diperensiya ng balî/pares → pasan-barion at husay ng balikwas.
• Ang ugnayang Temperatura–E (TE) sa pihit ay nagpapatunay na tama ang naitalâng kumpas. Pagkaraan nito, gagamitin natin ang buong tawag sa Filipino.

III. “Mga lente at basong malabo” sa landas: binabaling ng topograpiya, pinapalambot ang pinong butil, at may tagas na E→B (pagproseso sa landas)

1. Istatistikal na grabidad na tensor: makapal na basong bahagyang kurbado
   Isiping makapal at bahagyang kurbado ang baso mula sa tumpok ng mumunting hatak:

• Pagpapakinis sa maliliit na sukat: umiikot ang taluktok–libis at bahagyang lumilipat ang kapangyarihan sa mas malalaking sukat (lumalambot ang ispektrum).
• Tagas na E→B: ang pangunahing modang E ay napipihit sa biyahe at nagbubunga ng kaunting modang B.
• Inaasahang magkasanib na mapa: inaasahang magkakaugnay ang modang B at ang konberhensiya/giit ((\kappa/\phi)) at lalakas ito sa mas maliliit na sukat; sabay na nililimitahan ng rekonstruksiyong apat-na-punto at ng antas ng pagpapakinis ang iisang mapa ng topograpiya.

2. Ingay na likas na tensor: malapad-sinturong basong malabo
   Sa kasalukuyang sansinukob, hindi binabago ng napakahinang ingay ang hugis-bagay-itim, ngunit lalo nitong pinalalambot ang mga gilid na maliliit ang sukat at bahagyang dinaragdagan ang tagas na E→B. Mahina ang ugnay nito sa distribusyon ng mga aktibong estruktura at walang matibay na bakas ng “pagkakulay.”
3. Ebolusyon ng landas (akromatikong pag-usog ng kabuuan)
   Sa pagdaan sa malalaking bolyum ng dahan-dahang nagbabagong topograpiyang tensor, nagkakaroon ng diperensiya sa “pasok–labas,” kaya buong sinag ay maaaring bahagyang lumamig/u-m init. Ang pangunahing pailalia ay akromatiko (iisang tanda sa lahat ng dalas), kaya naihihiwalay sa makukulay na foreground gaya ng alikabok.

• Nakaaambag ang maaga (lipat-yugto ng bagay–sinar) at huli (paglalim/pagbawi ng estruktura).
• Inaasahan ang mahinang positibong ugnay sa mga pananda ng estrukturang malakihan (hal., mapa ng potensiyal na (\phi), densidad ng galaksi).

4. “Manipis na basong malabo” mula sa muling pag-ionisa
   Bahagyang pinapakinis ng mga malalayang elektron ang temperatura sa maliliit na sukat at muling lumilikha ng malalaking anggulong modang E. Kailangang hati-hatiin ang ambag nito kasama ng istatistikal na grabidad na tensor at ingay na likas na tensor.

Tseklistang pang-diagnostiko

• Kung sa iisang rehiyon ay sabay-sabay lumalamig/u-miinit ang maraming dalas ⇒ terma ng ebolusyon sa landas.
• Kung kasabay ng pagbabago ng estrukturang malakihan ang paglambot sa maliliit na sukat ⇒ nangingibabaw ang istatistikal na grabidad na tensor.
• Kung may dagdag na kaunting pagpapalapad na walang malinaw na “pagkakulay” ⇒ tira ng ingay na likas na tensor.

IV. Teksturang napakalakihan at pagkiling ng direksiyon: naiwanang anino ng “mga rabaw at koridor” ng topograpiya

• Pagkiling ng direksiyon
  Kung may mga rabaw/koridor/lamin sa lampas-aboto-ng-tanaw na sukat, puwedeng mag-align ang pinakamababang multipole (pagkakaiba ng dalawang hemispero, mababang-ranggong pagkahanay). Hindi ito basta anomaliya; proyeksiyong heometriko ito ng sobrang-laking teksturang tensor.
• Malalaking usog na parang “malamig na batik”
  Sa pagtahak sa malalawak na bahaging nag-eebolb, maaaring magmukhang bahagyang mas malamig/mas mainit ang isang piraso ng langit. Kapag ini-krus sa Pinagsamang Epekto Sachs–Wolfe (ISW), mga mapa ng konberhensiya, o mga panukat ng distansiya, inaasahan ang mahinang ngunit kahanay na tugon.
• Nananatili ang pormang bagay-itim
  Liwanag at oryentasyon ang nababago, hindi ang “halo ng kulay,” kaya buo ang hugis-ispektrum ng bagay-itim.

V. Pagbubukod ng dalawang anyo ng polarisasyon: modang E ang punòng himaymay, modang B mula sa baling at tagas

1. Modang E (pangunahing plataporma)
   Sa sandali ng pagkakahiwalay, ang anisotropiya sa “balát ng tambol na akustiko” ay direktang naitalâ bilang maayos na teksturang polar—tugma sa kumpas ng temperatura (ang ugnayang temperatura–E ang pirma nito).
2. Modang B (karamihang bunga ng biyahe)
   Binabaling ng istatistikal na grabidad na tensor ang modang E at nagbubunga ng kaunting modang B; dinadagdagan ito nang kaunti ng ingay na likas na tensor.

• Dahil dito, mahina ang modang B at nakaugnay sa konberhensiya/giit sa paraang nakadepende sa sukat.
• Kung sa hinaharap ay may labis na modang B sa napakalaking anggulo, maaaring senyales ito ng unang paayon na alon-elastiko na kahawig ng alon-grabidad; gayunman, hindi ito kailangan upang ipaliwanag ang kasalukuyang namamasdang modang B.

VI. Gabay sa pagbasa ng mga mapa (operasyonal): Paano bumatak ng pisika mula sa latarang mikrowave ng kosmos

• Sukat: agwat ng taluktok–libis ⇒ pamalong akustiko at hangganan ng pagpapalaganap.
• Pasan: diperensiya ng mga taluktok na balî/pares ⇒ pasan-barion at husay ng balikwas; ang pihit at lawak ng ugnayang temperatura–E ang panukat kung tama ang kumpas.
• Pagpapakinis: mas malambot ang maliliit na sukat ⇒ mas “makapal” ang istatistikal na grabidad na tensor o mas malakas ang ingay na likas na tensor; gamitin ang mapa ng (\phi) at ang apat-na-puntong pagtatantiya upang hati-hatiin ang “badyet.”
• Direksiyon: suriin kung may piling-aksa/di-pagkakatulad ng hemispero; ikrus sa pelenteng mahina, Osilasyong Akustiko ng Barion (BAO), o mga munting diperensiya sa distansiya ng mga supernova.
• Akromatiko: magkakatulad ang usog sa maraming dalas ⇒ ebolusyon ng landas; kung may “kulay” ⇒ harapang alikabok, sinkrot ron, o free–free.
• Ugnayan B–(\kappa): lalong lumalakas sa mas maliliit na sukat ⇒ nangingibabaw ang pelenteng-nasa-landas mula sa istatistikal na grabidad na tensor; matapos ang pag-aalis-lente, nililimitahan ng tirang modang B ang ingay na likas na tensor at/o paayon na alon-elastiko.

VII. Katabi ng salaysay-aklat: ano ang pinanatili at ano ang idinagdag (may nasusubok na pangako)

1. Pananatili

• Panahong akustikong malakas ang kabit at pagkatapos ay na-freeze-frame;
• May bahagyang huling-panahong rebisyon mula sa pelente at muling pag-ionisa.

2. Dagdag/Iba

• Pinagmulan ng saligan: ang halos bagay-itim na saligan ay mula sa mabilis na pag-itim ng ingay na likas na tensor—hindi kailangan ng dagdag na kakaibang sangkap.
• Badyet ng pagpapakinis: bunga ng pagsasama ng istatistikal na grabidad na tensor at ingay na likas na tensor ang paglambot sa maliliit na sukat, hindi isang “lakas-lente” lamang.
• Puwesto ng “anomaliya”: ang di-pagkakatulad ng hemispero, mababang-ranggong pagkahanay, at malamig na batik ay natural na after-image ng topograpiyang tensor at dapat may kahanay na tugon sa iba’t ibang datos.

3. Nasusubok na pangako

• Dapat sabay na lumiit ang tira sa pelente ng latarang mikrowave ng kosmos at sa pelenteng mahina ng mga galaksi kapag iisa ang ginamit na mapa ng (\phi/\kappa).
• Lumalakas ang ugnayan ng modang B at konberhensiya habang pumipino ang sukat.
• Magkasabay ang akromatikong usog sa iba’t ibang dalas.
• Sa direksiyon ng malamig na batik, may mahina ngunit kahanay na tugon sa ISW, sa mga panukat ng distansiya, at sa konberhensiya.

VIII. Paghihiwalay ng “topograpiya/landas” sa “harapan/instrumento”

• Akromatiko laban sa kromatiko: akromatiko ⇒ ebolusyon ng landas; kromatiko ⇒ harapan (alikabok, sinkrotron, atbp.).
• Krus na B–(\kappa): kung makabuluhan ang ugnayan ng B sa konberhensiya/giit ⇒ kapanipaniwala ang pagbaling ng istatistikal na grabidad na tensor; kung hindi, mag-ingat sa tagas-polarisasyon ng instrumento.
• Pagsasama ng maraming dalas: gamitin ang kurba ng bagay-itim upang i-lock ang hugis-saligan; gamitin ang tirang ispektral upang kilalanin ang mga distorsiyong μ/y at magtakda ng itaas-hangganan sa huling-panahong iniksyon ng ingay na likas na tensor.
• Rekonstruksiyong apat-na-punto/(\phi): kung tugma ang antas ng pagpapakinis ng TT/TE/EE at ng mga hindi-Gaussiyang pagtatantiya, iisang topograpiya ang napipigil sa pihit, lawak, at hindi-Gaussiyahan.

IX. Beripikasyon at tanaw sa susunod (talaang “mapapasinungalingan o mapapalakas” sa antas-datos)

• P1 | Tsek ng magkasanib na mapa: gamitin ang parehong mapa ng (\phi/\kappa) upang iangkop ang pagpapakinis ng latarang mikrowave ng kosmos at ng pelenteng mahina ng galaksi; kapag sabay na lumiit ang tira, nangingibabaw ang istatistikal na grabidad na tensor.
• P2 | Tira ng ispektrum ng modang B matapos alisin ang lente: kung malapad-sinturon, mababang-kohirensiya, at banayad ang hilig ⇒ may bahagi ang ingay na likas na tensor; kung may “bukol” sa malalaking anggulo ⇒ pabor sa unang paayon na alon-elastiko.
• P3 | Akromatikong krus sa Pinagsamang Epekto Sachs–Wolfe: kung ang malalaking-anggulong tampok ng latarang mikrowave ng kosmos ay akromatikong kahanay ng estrukturang malakihan/mga mapa ng (\phi), tumitibay ang paliwanag ng ebolusyon sa landas.
• P4 | Gema ng malamig na batik sa maraming datos: kung sa direksiyong iyon ay may mahina ngunit kahanay na tugon sa ISW, sa mga panukat ng distansiya, at sa konberhensiya, pinatutunayang after-image ito ng topograpiyang tensor, hindi basta ingay.
• P5 | Mga hangganan sa distorsiyong μ/y: habang humihigpit ang mga hangganang ispektral sa μ/y, ipinapahiwatig ang mas mahinang huling-panahong iniksyon ng ingay na likas na tensor; kung hindi, maaaring masukat ang bahagi nito.

X. Madaling alalaing analohiya: balát ng tambol at basong malabo

1. Yugtong “balát ng tambol”: mataas ang tensiyon-tensor; may mga munti at basang tuldok (maliliit na panggagalaw mula sa pangkalahatang hindi-matatag na partikulo). Nagbubuo ang tensiyon at pasan ng kumpas na dikdik–balikwas.
2. Freeze-frame: sa pagkakahiwalay, na-“litrato” ang “noon at doon.”
3. Tanaw sa baso: pagkaraan, tinitingnan mo ang negatibo sa bahagyang kumikurbang baso (istatistikal na grabidad na tensor) na may maninipis na hamog (tira ng ingay na likas na tensor):

• Ang kurba’y nagpapabilog ng guhit;
• Ang hamog ay nagpapalambot ng mga gilid;
• Kung dahan-dahang umiiba ang baso, maaaring lumamig/u-minit ang isang piraso nang buo ngunit hindi nagbabago ang “halo ng kulay.”
  Ito ang latarang mikrowave ng kosmos ngayon.

XI. Apat na linya ng buod

• Saligan mula sa ingay: ang ingay na likas na tensor noong una ay mabilis na umitim sa “makapal na palayok,” kaya naitakda ang halos bagay-itim na saligan na may iisang hagdan ng temperatura.
• Guhit mula sa kumpas: inukit ng dikdik–balikwas sa panahong magkakakabit ang magkakohirensiyang kumpas (taluktok–libis at modang E).
• Magagaan na hiwa sa landas: binibilog ng istatistikal na grabidad na tensor ang guhit at may kaunting tagas na E→B; lalo pang pinalalambot ng ingay na likas na tensor; iniiwan ng ebolusyon sa landas ang akromatikong usog.
• Hindi “sirang datos” ang napakalaking sukat: ang di-pagkakatulad ng hemispero, mababang-ranggong pagkahanay, at malamig na batik ay mga after-image ng topograpiyang tensor at dapat may kahanay na tugon sa iba’t ibang obserbasyon.

Konklusyon

• Sa pinag-isang larawan—“negatibong pinaitim ng ingay + aninong patong ng topograpiyang may tensiyon + magagaan na ayos mula sa mga lenteng nadaraanan”—napapanatili natin ang ubod ng mga tugtog akustiko habang binibigyan ng tahanang pisikal at landas-pagsubok ang pagpapakinis, modang B, pagkiling ng direksiyon, at mga anyong “anomaliya.”
• Sundin ang pitong hakbang sa pagbasa—tingnan ang panukat, pasan, pagpapakinis, direksiyon, akromatiko, ugnayan B–(\kappa), at tirang post-alis-lente—upang pagdugtung-dugtungin ang watak-watak na tampok tungo sa magkakasang-ayon na mapa ng tensor ng sansinukob.