第3.7節：紅移空間畸變：由張度場組織的視線速度效應

目錄 ／ 第3章：宏觀宇宙（V5.05）

一、現象與困境

• 兩種典型外觀：在把“紅移”當作距離來繪圖的座標裡，星系團往往沿視線方向被拉成長指狀，像一根根“指頭”；而在更大尺度上，通往團簇與絲狀體的方向，等相關等值線卻被沿視線方向壓短，呈現成片的“擠扁”。
• 常見解釋的不足：把前者完全歸因於團簇內部的“隨機熱運動”，把後者看成“線性尺度上的整體入流”，在定性上說得通，但對環境依賴、方向選擇性、速度分佈的重尾等細節，時常需要物件化調參。更重要的是，它們背後的組織者是誰，並未給出統一的物理圖像。

二、物理機制解讀

核心思路：不是“速度自己長出來”，而是張度場先給出地形。地形一旦確定，物質與擾動就被組織成特定的流型與抖動型，紅移空間的兩種外觀——“長指”和“擠扁”——便順勢出現。

1. “上帝之指”效應：深井、剪切與取向鎖定

• 張度井（深而陡）：在節點（星系團、超團）處，張度更高、梯度更陡，等效一口“深井”。它把周邊的入流與擾動向內攏緊，提升了沿井向的速度分量。
• 彈性與剪切（揉皺成重尾）：井沿並非光滑面，而是存在絲海的剪切帶——同向但不同速的薄層滑移區。這裡把原本較整齊的入流揉皺成細小抖動與微渦，使沿視線的速度分佈變寬。在這些高剪切、髙扭纏的薄層裡，常觸發微重聯：能量絲的連接關係在閾值下短暫“斷開，改連，再閉合”，瞬間把張力脈衝式地釋放或重分配，進一步把速度分佈拉出重尾（非純高斯）。
• 取向鎖定（何時顯“指”）：剪切帶與微重聯多沿絲軸—節點方向組織。當這一主軸與視線近共線時，團體在紅移空間就被縱向拉長成典型“手指”。
• 讀圖提示：看兩件事是否同時出現——速度分佈的重尾與沿視線方向的拉長。若同處出現，說明井沿剪切與微重聯在起主導作用。

2. “凱澤壓縮”效應：長坡、同向入流與投影

• 張度長坡（大尺度）：沿著通往節點的大尺度絲狀體，張度形成平滑而持久的下坡。
• 同向入流（被組織的速度）：物質與星系順坡而下，其速度分量被系統地朝向節點組織起來；沿視線觀測時，這種有方向的一致性讓視線速度分量呈現同號偏向。
• 幾何投影（擠扁成像）：把紅移當距離來畫圖，這種同向偏向會把等相關等值線沿視線方向壓短，出現經典的“擠扁”外觀。
• 讀圖提示：在大尺度絲—節點幾何上，若相關等值線沿視線方向系統壓縮，同時與通道式的入流結構對齊，即是“長坡 + 同向入流”的共同指紋。

3. 兩種效應為何常同場出現
   同一張度版圖既有深井的局部陡降（節點），也有通向節點的長坡（絲狀體）。因此在同一片天區，內側可見“長指”，外側可見“擠扁”。兩者不是互斥，而是不同半徑對同一地形的兩種回應。
4. 環境與“額外組織者”

• 大量不穩定粒子的統計引力：在併合、成星、噴流活躍的環境裡，會堆出一層平滑而持久的向內偏置，把井拉得更緊、坡壓得更深，因而既強化“長指”的拉長，也擴大“擠扁”的範圍。
• 不規則擾動底噪：由湮滅噴散的不規則波團疊出的寬頻、弱幅本底，為速度場與譜線帶來輕微展寬，在井沿與鞍點處更敏感。它不會改變“長指/擠扁”的大勢，但會讓邊緣呈現更真實的“顆粒感”。

三、類比

深坑與下坡路：一塊地形既有深坑（節點），也有通往坑口的長下坡（絲狀體）。人群沿下坡同向湧入，遠看像被壓扁；到了坑口邊緣，地面層層錯滑、偶發小塌方（對應剪切與微重聯），人群前後速度差被拉大，沿你視線方向看就拉成長指。

四、與傳統理論對比

• 共識：團簇內的速度分散導致“長指”，大尺度的一致性入流導致“擠扁”。
• 補全：這裡把“誰在組織”說清楚——張度井與長坡先給了地形；井沿剪切 + 微重聯解釋了重尾與取向選擇性拉長；長坡解釋了大尺度壓縮。此外，大量不穩定粒子的統計引力作為環境項能共調強度與尺度，而不規則擾動底噪提供真實的細節展寬。因此無需物件化地反復調參，也能統一“為何在這兒更長、更扁、而在那兒不顯著”。

五、結論

紅移空間畸變並非“速度的孤立怪像”，而是張度場先定地形、再組織速度的自然結果：

• 節點的深井 + 井沿剪切與微重聯 → 速度分佈重尾與視線方向拉長（“長指”）；
• 絲—節點的長坡 + 同向入流 → 等相關等值線沿視線壓短（“擠扁”）；
• 活動環境中的統計引力增強兩者，底噪賦予細節顆粒。

把紅移空間畸變放回這張“地形—組織—投影”的鏈條，長指與擠扁就不再是兩個需要分開解釋的現象，而是同一張度地圖在不同半徑上的兩種側影。