10.A4 宇宙温度：几何误读

目录 ／ 附录-9.《第10季：宏观宇宙》短视频草稿 (V6.0)

你有没有想过，宇宙为什么会变冷？教科书里的标准答案通常是：因为空间在膨胀。CMB，也就是宇宙微波背景辐射，这层填满全天的微波辐射，通常被称作“大爆炸余辉”：在早期宇宙极热的状态下，随着膨胀，光子被拉长，颜色越来越红，于是温度也就按比例下降。空间膨胀了几倍，温度也就降低了几倍。这套解释看似自洽，因为它给出了一个非常顺畅的推理链条：早期光子与物质交换频繁，辐射达到热平衡，最终形成黑体辐射；随着解耦，过程接近绝热；之后，剩下的就是几何红移的影响。更让人信服的是，普朗克黑体在“整体红移”的作用下，保持了黑体的形状，只是温度参数跟着缩放，于是CMB的冷却过程就被简化为一条“膨胀冷却律”，看起来像一个无需再质疑的定理。它那种数学上的自洽性，常常让我们误以为它就是真理，甚至我们可能不自觉地把假设当成了结论。

然而，问题就在这里：这条链条压缩了太多复杂性。要让“温度只由几何决定”成立，你必须默认，在过去的百亿年里，所有微观基准都没有变化：光子的产生机制不变，粒子的能级结构不变，原子和分子的统计规则不变，甚至你用来衡量温度的刻度也不变；而且，还要假定这层辐射在传播过程中几乎不受任何介质的影响。

然而，在我们实际的观测中，只有两条关键事实：首先，CMB辐射非常接近各向同性的黑体谱；其次，早期高红移环境下的能级占据与“更热更早”大致相符。这两点，如果直接被等同为“空间膨胀几倍就冷几倍”，实际上跳过了许多假设的步骤。更重要的是，我们并没有直接观测到膨胀的过程；我们所观测到的只是红移和温度，而膨胀只是一个数学模型的结果。当这些结论被写进教科书，成为重复引用的“真理”时，质疑这些前提的声音就变得异常沉重。每当遇到理解上的瓶颈时，我们往往选择堆积更多的参数来填补，而不是回头去质疑那些假设的前提。

能量丝理论给出的视角则完全不同。根据能量丝理论，黑体辐射实际上是强耦合过程下的通用吸引子。在EFT框架下，黑体辐射的出现是因为粒子之间交换的频率足够高，所有细节都会被抹平，最终光谱趋向于普朗克黑体形状。早期的宇宙，像一个高张度的沸腾能量海，类似一个永不停歇的搅拌机；无数短寿命的能量丝结不断生灭，发出无序的节奏。由于强耦合和频繁的交换，辐射不断地吸收、再辐射、散射和混合，最终残留下来的只是一种统计谱形，这时黑体辐射的形态就出现了。当能量海的松弛过程逐渐使改写减少，辐射的“黑体底板”就被保存下来。重要的是，这个过程并不需要将一切归结为“几何拉长”，也不必将CMB的存在强行与“大爆炸膨胀”绑定。

一旦你把冷却过程锁定为几何函数的变化，那么你就必须通过膨胀来解释一切：从极热、极均匀、极平坦，到结构的生长。当某些问题无法解释时，常常会引入更多的暴涨、暗能量等参数进行补充。这也是为什么我们认为，主流宇宙学中在CMB问题上的“唯一解释”可能过于自信。事实上，宇宙的松弛冷却过程，同样能够很好地拟合红移与温度，并提供一个更符合观测的替代解释。

在接下来的几集里，我们将深入探讨CMB中的温度变化，特别是2点7K这一关键数值是如何被推算出来的，看看刻度本身在这个过程中扮演了什么样的角色。点个关注，转发出去，我们一起重读整个宇宙。