第3.2节：宇宙射电背景“过量”：不靠隐形点源也能抬高底座

目录 ／ 第3章：宏观宇宙

名词约定

本节把“过量的弥散射电底座”统一解释为：广义不稳定粒子（GUP，见1.10节）在解构/湮灭时向介质注入能量，统计叠加形成的张度本地噪声（TBN，见1.12节）；其空间上与统计张度引力（STG，见1.11节）地形弱协变。下文起统一简称为不稳定粒子，并在正文中使用统计张度引力、张度本地噪声的中文全称。

一、现象与困境

1. “多出来的一层底座”
   把能分辨的射电源（星系、类星体、喷流、超新星遗迹等）逐一扣除后，全天弥散射电亮度仍系统性偏高，像整幅天图下垫着一层额外底座。
2. 既平滑，又宽带
   这层底座在角度上很平滑，没有显著小尺度“颗粒”；频谱上宽带且无窄线，不像某一类统一引擎的合唱。
3. “堆更多小源”的路走不通
   • 若强行归因于更多未分辨的点源，所需的数目—亮度分布会带来比观测更强的小尺度起伏。
   • 所需的总源数与演化史不合理，难与极深巡天的数目计数对上。
4. 补充观测特征
   • 各向同性强（只在极活跃环境略抬高）。
   • 低净偏振（无共同“发射姿态”，相位易相互抵消）。
   • 时间上稳定（长期平均的弥散底噪）。

要点： 这更像真正弥散的底座，而非“更多看不见的小灯泡之和”。

二、物理机制解读

1. 底层图像：不稳定粒子的“来去声”
   在能量海中，不稳定粒子不断被抽出、短暂存续、随即解构或湮灭。每一次解构都会把能量以宽带、低相干的微弱波团撒回介质；单个很弱，数量极多。
2. 张度本地噪声：把细碎波团“叠成底座”
   海量、独立的波团在时间—空间上统计叠加，自然生成一层弥散、宽带、低相干的辐射底座，即张度本地噪声。它恰好满足射电“过量”的关键外观：

• 抬亮但不刺眼： 叠加提高底座，却不长出密集亮点。
• 频谱平滑： 来自不规则波团，不是某条固定跃迁或统一节拍。
• 各向同性强： 生—灭几乎处处发生，宇宙学时间上被平均得很匀。
• 与结构弱相关： 非沿某一类源的定向辐射，仅对统计张度引力地形表现弱协变（见下）。

3. 为什么“射电”最灵敏
   射电波段对宽带、低相干的叠加最友好：望远镜把海量微弱波团的远距累加，直接读作底噪抬升。更高频段虽也有叠加，但更易被尘埃/介质吸收与散射掩蔽；射电区域反而更干净。
4. 与统计张度引力的协变（弱，但存在）
   不稳定粒子的总体活性与环境（并合、喷流、强剪切）相关；因此张度本地噪声的平均幅度会随统计张度引力地形轻微起伏：在“地形”更活跃的区域略亮，但被大尺度平均后仍呈平滑底座。
5. 能量账与图像账如何对上
   能量账： 过量亮度来自不稳定粒子解构/湮灭的持续注入。
   图像账： 外观表现为张度本地噪声抬高弥散背景、频谱平滑、各向同性强。
   结论： 两者是同一硬币的两面：一个讲“预算来源”，一个讲“可见外观”。
6. 频谱—偏振—时变的细节预期

• 频谱： 近似平滑幂律或缓弯，无窄线；不同天区的谱形差别小而缓。
• 偏振： 多源叠加净偏振低，仅在剪切强、磁场取向统一的边缘带略升。
• 时变： 常年稳定；在重大并合/喷流事件后，可见微弱的延时抬升（先噪后力的辐射端）。

三、可检预言与对账（落地到观测）

• P1｜角功率谱判据
  预测： 小角尺度功率显著低于“未分辨点源”模型；大角尺度呈平滑缓坡。
  判据： 用深度射电图的角功率谱与“点源外推”模型比对，小尺度更平即支持张度本地噪声。
• P2｜频谱平滑判据
  预测： 天区平均谱形无窄线、缓弯；不同天区谱指数差异小。
  判据： 通过多频联合拟合验证“平滑—缓变”而非多种窄机制叠加。
• P3｜弱协变判据（与统计张度引力地形）
  预测： 弥散底座与引力透镜 φ/κ 图、宇宙剪切呈弱正相关（空间同向，但幅度小）。
  判据： 与透镜/剪切图做交叉相关；若相关系数小正且随环境增强，符合预期。
• P4｜事件时序：先噪后力
  预测： 在并合轴、冲击前缘、强喷流邻域，先见弥散底座轻微抬升（张度本地噪声），随后统计张度引力平滑加深。
  判据： 多历元监测，比较射电弥散与动力学/透镜时间滞后。
• P5｜低净偏振
  预测： 全天净偏振低；仅在几何增亮带轻微上升。
  判据： 宽场偏振测绘显示“低—稳—边缘略增”的三要素。

四、与传统理论对比

• 不是“藏了更多小灯泡”
  若全由未分辨点源叠加，天图会更“颗粒”，与观测的平滑度矛盾；同时数目计数与演化史不支持如此庞大源群。
• 也不是单一“统一引擎”的合唱
  单机理常留谱线/偏振指纹；而观测的宽带—无窄线—低净偏振更符合“千万个不规则波团在叠加”。
• 一张图解释多特征
  同一物理过程同时解释：亮度抬高、频谱平滑、各向同性强、颗粒感弱、弱协变。相比把异常拆分、各贴补丁，介质—统计路径更经济一致。

五、建模与拟合（操作版）

1. 步骤

• 前景清理： 统一处理银河系同步/自由—自由/尘埃及电离层效应。
• 两分量模板： 采用“各向同性底座 + 与统计张度引力地形弱协变的模板”的空间模型。
• 谱形约束： 以平滑幂律/缓弯为先验，禁止窄线成分主导。
• 小尺度约束： 用角功率谱抑制“点源型颗粒”，约束未分辨源尾部。
• 交叉验证： 与透镜 φ/κ、宇宙剪切、并合样本的弥散增强共图—共时校验。

2. 观测抓手（可快速核查）

• 角功率谱是否小尺度更平；
• 多频谱形是否平滑—缓变；
• 交叉相关是否弱正、随环境增强；
• 净偏振是否低且边缘带略升。

六、类比

城市“远处车流声”
你听到的不是某一辆车的马达，而是无数远处车辆叠加的低频轰鸣：抬高底噪、不刺耳、很稳定。弥散射电“过量”就像这层车流声。

七、结论

• 物理归因： 宇宙射电背景的“过量”，最像是张度本地噪声抬高的弥散底座；其源头是不稳定粒子在解构/湮灭瞬间释放的海量、微弱、宽带波团的长期统计叠加。
• 空间关系： 与统计张度引力地形弱协变：活跃区略高，全天仍平滑。
• 方法转变： 问题从“还藏着多少没看见的小点源？”转为“介质在持续生—灭中天然会堆出怎样一层弥散底座？”。
• 一致图景： 与第 3.1 节（旋转曲线）和 2.1–2.5 节的证据链同源闭环：不稳定粒子存续期拉海 = 统计张度引力，解构期撒噪 = 张度本地噪声；两面同源、弱协变，构成可检的统一叙述。