1.12: Lokalny szum naprężeń

Strona główna ／ Rozdział 1: Teoria Włókien Energii (V5.05)

I. Co to jest (definicja i intuicja)
Lokalny szum naprężeń (TBN) to miejscowe, mierzalne zaburzenie powstające wtedy, gdy uogólnione niestabilne cząstki (GUP) w fazie rozpadu/dopełniania oddają wcześniej „dociągniętą” energię z powrotem do „morza energii” w sposób losowy, szerokopasmowy i niskospójny.

• To nie „energia z niczego”, lecz statystyczna szata całego procesu ciągnij–rozpraszaj. W parze ze statystyczną grawitacją naprężeń (STG) tworzy dwie strony tej samej monety: podczas trwania ciągnięcie buduje „stok” (STG), a w fazie rozpadu rozpraszanie podnosi „podłogę szumu” (TBN).
• Promieniowanie nie jest konieczne: TBN może mieć formę wewnętrznego, bliskopolowego szumu niepromienistego — losowych fluktuacji siły, przemieszczenia, fazy, współczynnika załamania, naprężenia, podatności magnetycznej itd. — albo, gdy okna przezroczystości i geometria sprzyjają rozjaśnieniu, pojawiać się jako szerokopasmowe kontinuum w polu dalekim. W małych objętościach laboratoryjnych TBN bywa widoczny jako „próżniopodobne” podniesienie tła lub przekształcenie kształtu widma, bez koniecznej emisji radiowej/mikrofalowej.

II. Jak się ujawnia (kanały odczytu i warunki sprzyjające)

1. Pole bliskie / wewnętrzne (niepromieniste)

• Mechanika i inercja: tło szumowe siły/przyspieszenia w wadzach skręceń, mikronano­konsolach, gradiometrach grawitacyjnych, interferometrach atomowych.
• Faza i refrakcja: jitter fazowy w interferometrach, poszerzenia linii/dryfty częstotliwości wnęk optycznych, losowe dryfty stałej dielektrycznej lub dwójłomności naprężeniowej.
• Bliskie pole EM: fluktuacje magnetyzacji/przewodnictwa w nadprzewodzących rezonatorach, SQUID-ach, złączach Josephsona.
• Termoakustyka/elas­tyka: losowe zaburzenia naprężeń, ciśnienia, gęstości (często nietermiczne).
  Warunki sprzyjające: niska temperatura, małe straty, wysokie Q, dobra izolacja drgań i ekranowanie, oraz „pokrętła” graniczne–geometryczne możliwe do wielokrotnego skanowania.

2. Pole dalekie / promieniste (gdy występuje)

• Dyfuzyjna podłoga kontinuum w oknach przezroczystości radiowej/mikrofalowej z kierunkowym sumowaniem (rozjaśnienie geometryczne/współkierunkowa superpozycja).
• Pasma/łuki rozjaśnienia nad obszarami zdarzeniowymi (oś zlewania, fronty fal uderzeniowych, płaszczyzny ścinania, osie wypływu).
  Warunki sprzyjające: niska absorpcja, wiarygodne modelowanie i odjęcie pierwszego planu, duże pole widzenia i długi czas integracji.

III. Wygląd globalny (cechy obserwacyjne)

• Słaby, rozmyty, niemal „bez źródła”: nieostry jak źródło punktowe, raczej drobna tekstura tła; w czasie zwykle stabilny lub wolnozmienny.
• Szerokopasmowy, niskospójny: w polu bliskim widoczny jako jednoczesne podniesienie tła/przemodelowanie widma w wielu kanałach odczytu; w polu dalekim — po korekcji dyspersji i pierwszego planu — bez silnej „preferencji pasma”.
• Porządek czasowy „najpierw szum, potem siła”: w tej samej strefie zdarzeń TBN pojawia się pierwszy; STG (pogłębienie stoku) wychodzi później w zmiennych wolnych, jak orbity/lensing/timing.
• Współkierunkowość w przestrzeni (odcisk geometryczny): kierunek preferencyjnego rozjaśnienia TBN pokrywa się z osią główną pogłębiania stoku STG (wspólne ograniczenia geometrii i pól zewnętrznych).
• Odwracalna ścieżka (sterowalność i regresja): przy osłabieniu pobudzenia lub zmianie granic TBN opada najpierw, a stok potencjału cofa się później; ponowne wzmocnienie zwykle odtwarza pierwotny tor.

IV. Scenariusze reprezentatywne i kandydaci (astronomia i eksperyment równolegle)

1. Astronomia

• Nadwyżki w dyfuzyjnym tle całego nieba (np. statystyczny sygnał „radio-excess”, patrz 3.2): przykład sumowania niezliczonych słabych pakietów fal.
• Pasma/łuki reliktowe na frontach uderzeniowych w łączących się gromadach oraz (mini)radio-halo: rozjaśnienia wzdłuż osi zlewania/płaszczyzn ścinania, zgodne z sumowaniem współkierunkowym i „najpierw szum, potem siła”.
• Dyfuzyjne mosty między gromadami/filamentami: długie, blade wstęgi w obszarach ścinania/konwergencji wielkiej skali — ślad sumowania kierunkowego.
• Szerokie tła w prototypach starburst/outflow (M82, NGC 253): w trwałym środowisku ścinanie–udar–wypływ jako wstęgi osiowe lub dywany tła.
• Mgły/banie dyfuzyjne w Centrum Galaktyki: rozległa poświata wokół stref wypływów/rekoneksji/ścinania, łącząca niską spójność i rozjaśnienie geometryczne.

2. Eksperyment i inżynieria

• Pole bliskie/wewnętrzne: długotrwały tracking tła i kształtu widma w wagach skręceń, mikro/nano-mech. rezonatorach, interferometrach atomowych, wnękach optycznych, rezonatorach nadprzewodzących i SQUID-ach.
• Pole dalekie/promieniste: w kontrolowanych wnękach/falowodach obserwacja (nie)obecności i zmian kierunku dyfuzyjnego kontinuum poprzez modulację geometrii i granic.
  Obie gałęzie warto współmapować i synchronizować w czasie z wskaźnikami STG (lensing, dynamika, timing) w tej samej domenie.

V. Kryteria interpretacji i anty-fałsze (oddzielanie „prawdziwego szumu” od instrumentarium/tła)

• Korelacja czasowa krzyżowa: w tym samym obszarze nieba wyznacz dodatnie opóźnienie i czas regresji między TBN a STG.
• Zgodność osi głównej: sprawdź, czy oś rozjaśnienia TBN i oś pogłębiania stoku STG współewoluują.
• Międzykanałowo bez wyboru pasma / współwystępowanie: w polu bliskim patrz na jednoczesność w wielu wielkościach odczytu; w polu dalekim — po odjęciu dyspersji — wspólny ruch wielu pasm.
• Odwracalność i powtarzalność: skanuj „pokrętła” tam–z powrotem, by potwierdzić „najpierw szum, potem siła” i trajektorię regresji.
• Odjęcie tła i szumu aparatury: ujednolić oś czasu, PSF/pasma i pipeline; stosować najprostsze jądra parametryczne, unikając „dopasowania do wszystkiego”.

VI. Wspólne czytanie z STG (strategia jednej mapy)

• Nałożyć na te same współrzędne: podniesienie tła/kształtu widma (strona TBN) i drobne reszty w rotacji/lensingu/timingu (strona STG) w jednej mapie, aby sprawdzić współkierunek i wspólny wzór.
• Śledzić pełny łańcuch w strefach zlewań i silnych ścin (zob. 3.21): TBN zapala się wcześniej – STG podąża – po zdarzeniu następuje regres.

VII. Wczesny Wszechświat (klisza tła)
W epoce częstych zderzeń i silnej termalizacji składnik dyfuzyjny TBN mógł zostać uzupełniony do widma ciała doskonale czarnego i „zamrożony” jako podstawa CMB (zob. 8.6), na której nawarstwiają się późniejsze struktury TBN–STG.

VIII. Podsumowując
TBN to lokalna, mierzalna twarz faz y „powrotu do morza”: bywa bliskopolowy i niepromienisty, albo — przy sprzyjających warunkach — dyfuzyjnym, szerokopasmowym kontinuum w polu dalekim. W duecie TBN–STG tworzą „szum–siła”, z trzema intuicyjnymi próbami: najpierw szum, potem siła; współkierunek w przestrzeni; ścieżka odwracalna. Wspólne mapowanie, wspólna oś i wspólna skala czasu dla obu w tej samej domenie czasoprzestrzennej to klucz do przekształcenia „pikseli szumu” w „mapy naprężeń”.