3.19 Гравитационное отклонение vs преломление в средах — граница между фоновою геометрией и откликом материала

Главная ／ Глава 3: макроскопическая Вселенная

I. Главное (дорожная карта для читателя)

• Гравитационное отклонение: свет в «более натянутом» фоне проходит геометрически более длинный путь. Рядом с массивными телами растёт фоновая натяжённость, повышается локальный предел распространения, и луч изгибается в сторону «большей натяжённости». Поскольку геометрия удлиняет траекторию, суммарное время хода часто увеличивается. Эффект ахроматичен и проявляется у разных «вестников» — фотонов, гравитационных волн и др.
• Преломление в средах: внутри материала свет многократно взаимодействует с связанными зарядами, из-за чего эффективная скорость падает и появляется дисперсия (разные цвета отклоняются по-разному). Дополнительно возникают поглощение, рассеяние и уширение импульсов; траектория меняется на границах и в объёме материала.

II. Ключевые различия (четыре «карты водораздела»)

1. Есть ли дисперсия
   • Гравитационное отклонение: ахроматично; все диапазоны изгибаются и запаздывают совместно.
   • Преломление в средах: выраженная дисперсия; для синего и красного — разные углы, порядок прихода импульса «растягивается».
2. Источник дополнительного времени
   • Гравитационное отклонение: локальная «планка» выше, но путь длиннее и криволинеен; доминирует вклад длины траектории.
   • Преломление в средах: эффективное продвижение медленнее из-за циклов задержки и переизлучения, добавляются поглощение и многократное рассеяние.
3. Энергия и когерентность
   • Гравитационное отклонение: меняется в основном геометрия; потери энергии ничтожны, когерентность сохраняется лучше.
   • Преломление в средах: поглощение, тепловой шум и декогеренция уширяют импульсы и «смывают» интерференционные полосы.
4. На что действует
   • Гравитационное отклонение: одна и та же геометрическая закономерность для фотонов, гравитационных волн и нейтрино.
   • Преломление в средах: влияет на электромагнитные волны, способные к связям с веществом; гравитационные волны стекло почти «не замечают».

III. Два «поперечных среза»

1. Гравитационное отклонение (фоновая геометрия)
   • Где наблюдаем: окрестности галактик, чёрных дыр, скоплений.
   • Как выглядит: лучи гнутся к «натянутой» стороне; сильное линзирование даёт множественные изображения и дуги, слабое — сдвиг форм (shear) и сходимость.
   • Как считать время: несколько путей от одного источника дают ахроматические задержки; целые полосы спектра дружно смещаются «раньше–позже».
   • Как диагностировать: сравниваем задержки и углы отклонения по диапазонам и «вестникам»; если сдвиги согласованы, а отношения стабильны, это признак геометрии.
2. Преломление в средах (отклик материала)
   • Где наблюдаем: стекло, вода, плазменные облака, пылевые слои.
   • Как выглядит: угол преломления зависит от длины волны; сопутствуют отражение, рассеяние и поглощение.
   • Как считать время: импульсы заметно уширяются; в плазме низкие частоты опаздывают сильнее; проявляется чёткая дисперсионная кривая.
   • Как диагностировать: вычитаем известные «передние планы» материала; если остаточная дисперсия сохраняется, ищем немоделированные среды. Если дисперсия исчезает, а общий сдвиг остаётся — возвращаемся к геометрическому объяснению.

IV. Наблюдательные критерии и рабочий чек-лист

• Совместные измерения в нескольких диапазонах: если оптика–NIR–радио на одном пути показывают общий изгиб/задержку без выраженной дисперсии, в приоритете гравитационное отклонение.
• Проверка несколькими «вестниками»: если фотоны и гравитационные волны (или нейтрино) одного события сдвигаются в одну сторону и со схожей амплитудой, причина в фоновой геометрии, а не в дисперсии материала.
• Разность по множественным изображениям (сильные линзы): вычитаем световые кривые между изображениями одного источника, чтобы убрать собственную вариабельность; если остатки остаются ахроматичными и коррелированными, это указывает на геометрические различия путей.
• Кривая уширения импульсов: если время прихода систематически «веером» расходится с частотой, а когерентность падает, виновата дисперсия и поглощение в среде.

V. Короткие ответы на частые вопросы

1. Становится ли свет «медленнее» возле массивного тела?
   • Локально: предел распространения выше.
   • С дальнего взгляда: маршрут длиннее и криволинейнее, суммарное время часто растёт. Речь о разных величинах — противоречия нет.
2. Может ли преломление «выдать себя» за гравитационную линзу?
   Поддерживать такую маскировку на широких полосах и у разных «вестников» почти невозможно: среды вносят дисперсию и декогеренцию, а гравитационное линзирование ахроматично и мультивестниково.
3. Достаточно ли одного диапазона, чтобы отличить?
   Рискованно. Надёжный набор — мультидиапазон + мультивестник + разность по множественным изображениям.

VI. Связки с другими разделами

• С § 1.11 статистическая гравитация натяжённости (STG): гравитационное отклонение — прямая «склон-ведомая» манифестация.
• С § 1.12 фоновый шум натяжённости (TBN): часто наблюдаем последовательность «сначала шум, потом сила» — фон приподнимается, затем усиливаются геометрические члены.
• С § 8.4 красное смещение (Redshift): ахроматические сдвиги частоты и времени, накапливающиеся на длинных путях, — это «путевые члены» фоновой геометрии и её эволюции.
• С § 8.6 реликтовое микроволновое излучение (CMB): ранняя картина «пластина + проявление» опирается на ахроматические фоновые эффекты; материальные передние планы следует системно удалять.

VII. Итог

• В одном предложении: гравитационное отклонение перенастраивает форму маршрута, преломление меняет «ощущение шага» внутри материала.
• На что смотреть: дисперсия, когерентность, разности по множественным изображениям, согласованность между «вестниками».
• Как действовать: «общие сдвиги» относить к фоновой геометрии, «дисперсионные уширения» — к отклику материала, сводя оба класса эффектов на единой карте фоновой натяжённости.